JP6003351B2 - Exhaust purification device - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの排気通路に設けられた排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device provided in an exhaust passage of an engine.

ガソリンエンジンやリーンバーンエンジン,ディーゼルエンジン等から排出される排気には、一酸化窒素(NO),二酸化窒素(NO2)を含む窒素酸化物(NOx)が含有されている。従来、これらのNOxを浄化するための排気浄化触媒として、NOxトラップ触媒(吸蔵還元触媒)が知られている。 Nitrogen oxides (NOx) containing nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) are contained in exhaust gas emitted from gasoline engines, lean burn engines, diesel engines, and the like. Conventionally, a NOx trap catalyst (occlusion reduction catalyst) is known as an exhaust purification catalyst for purifying these NOx.

NOxトラップ触媒は、酸素濃度が比較的高いリーン雰囲気の排気中でNOx(窒素酸化物)を吸蔵するとともに、リッチ雰囲気下でそのNOxを窒素に還元するものである。これらの機能に対応して、NOxトラップ触媒上には、NOxの吸蔵機能を担う吸蔵材と、還元機能を担う貴金属元素等とが担持される。吸蔵材は、例えばアルカリ金属やアルカリ土類金属,希土類元素等であり、これらの吸蔵材の表面にNOxが硝酸塩の形で保持される。   The NOx trap catalyst stores NOx (nitrogen oxide) in exhaust gas in a lean atmosphere with a relatively high oxygen concentration, and reduces the NOx to nitrogen in a rich atmosphere. Corresponding to these functions, on the NOx trap catalyst, an occlusion material responsible for the NOx occlusion function, a noble metal element responsible for the reduction function, and the like are supported. The occlusion material is, for example, an alkali metal, an alkaline earth metal, or a rare earth element, and NOx is held in the form of nitrate on the surface of the occlusion material.

NOxトラップ触媒の吸蔵能力は、NOxトラップ触媒上に保持された硝酸塩の温度安定性に強く依存する。例えば、吸蔵材としてバリウムが担持されたNOxトラップ触媒では、NOxが主に硝酸バリウム〔Ba(NO3)2〕の形で保持されるため、その分解温度である592[℃]付近の温度領域ではNOxを保持しておくことができない。また、たとえ触媒温度が分解温度未満であったとしても、触媒温度が高温であるほどNOxの吸蔵能力は低下する。 The storage capacity of the NOx trap catalyst is strongly dependent on the temperature stability of the nitrate retained on the NOx trap catalyst. For example, in a NOx trap catalyst in which barium is supported as an occlusion material, NOx is mainly retained in the form of barium nitrate [Ba (NO 3 ) 2 ], so the temperature range near its decomposition temperature of 592 [° C] So you can't keep NOx. Even if the catalyst temperature is lower than the decomposition temperature, the higher the catalyst temperature, the lower the NOx storage capacity.

このように、NOxを硝酸塩の形で吸蔵する吸蔵材を有するNOxトラップ触媒は、硝酸塩の温度安定性が低下する高温域での吸蔵能力が低下し、NOx浄化性能を向上させにくいという特性がある。そのため、従来のNOxトラップ触媒では、触媒温度が所定の温度範囲外に逸脱しないように排気温度が制御され、NOx浄化性能が維持されている(例えば、特許文献1参照)。以下、排気空燃比を周期的に変化させることによってNOxの吸蔵と還元とを繰り返すような従来のNOx浄化手法のことを「通常NOxパージ制御」と呼ぶ。   As described above, the NOx trap catalyst having an occlusion material that occludes NOx in the form of nitrate has a characteristic that the occlusion ability in a high temperature range where the temperature stability of nitrate is lowered is lowered and it is difficult to improve NOx purification performance. . Therefore, in the conventional NOx trap catalyst, the exhaust gas temperature is controlled so that the catalyst temperature does not deviate from the predetermined temperature range, and the NOx purification performance is maintained (see, for example, Patent Document 1). Hereinafter, a conventional NOx purification method that repeats NOx occlusion and reduction by periodically changing the exhaust air-fuel ratio is referred to as “normal NOx purge control”.

特開2010-24957号公報JP 2010-24957 A

ところで、近年の世界的な自動車排出ガス規制の強化に伴い、触媒温度が既存の制御温度範囲を超える運転領域でのNOx浄化性能を向上させることが求められつつある。排出ガス規制への適合を証明するためのテストでは、例えば実際の走行パターンを模した速度及び時間で車両を走行させたときの排出ガスが収集され、その成分が測定される。このテストで実際の走行パターンを模して車両を走行させるときの走行速度,走行時間,エンジン回転速度,トルク等の制御パターンは、「テストモード」と呼ばれる。   By the way, with the recent tightening of global automobile exhaust gas regulations, it is required to improve the NOx purification performance in the operation region where the catalyst temperature exceeds the existing control temperature range. In a test for proving conformity with exhaust gas regulations, for example, exhaust gas is collected when a vehicle is driven at a speed and time imitating an actual driving pattern, and its components are measured. A control pattern such as a running speed, a running time, an engine rotation speed, and a torque when the vehicle is run by imitating an actual running pattern in this test is called a “test mode”.

テストモードには、冷間始動時の走行パターンを模したものや高速道路走行を模したもの、朝の通勤時間帯の走行を模したものなど、さまざまな種類の制御パターンが用意されている。ここで、乗用車及び小型商用車に対するテストモードの一部分を図9(a)に例示する。   In the test mode, various types of control patterns are prepared, such as those simulating driving patterns during cold start, those simulating highway driving, and simulating driving in the morning commuting hours. Here, part of the test mode for a passenger car and a light commercial vehicle is illustrated in FIG.

図9(a)中の破線グラフは、現在の排出ガス規制で規定されているテストモードに対応する走行速度及び走行時間の関係を示すグラフである。このテストモードでは、車両の走行速度が段階的に増加しており、所定速度から最高速度に至るまでの時間X1が比較的長い時間となっている。一方、実線グラフは、実走行でおこりうる走行速度及び走行時間の関係を示すグラフである。 The broken line graph in FIG. 9A is a graph showing the relationship between the traveling speed and the traveling time corresponding to the test mode defined by the current exhaust gas regulations. This test mode, the traveling speed of the vehicle has increased stepwise, time X 1 up to the maximum speed from a predetermined speed is a relatively long time. On the other hand, the solid line graph is a graph showing the relationship between the traveling speed and traveling time that can occur in actual traveling.

この実走行パターンでは、車両の走行速度が従前の基準よりも短い時間X2で一挙に増加している。つまり、エンジンに作用する負荷が短時間に集中し、現在のテストモードに比して排気温度が上昇することになる。より実走行に近い状態での排出ガス低減を目的とした法規制動向にある現状を鑑みると、将来的な排出ガス規制では、排気温度がより高温の状態で、短時間の間に生成される排ガス成分の排出量を法規基準に適合させることが要求されるものと予想される。 In this actual traveling pattern, the traveling speed of the vehicle increases at a stroke in a time X 2 shorter than the previous reference. That is, the load acting on the engine concentrates in a short time, and the exhaust temperature rises compared to the current test mode. In view of the current state of legal regulations aimed at reducing exhaust gas in a state closer to actual driving, future exhaust gas regulations will generate in a short time with a higher exhaust temperature. It is expected that emissions of exhaust gas components will be required to comply with legal standards.

このような課題に対し、通常NOxパージ制御のパージ間隔を短縮することによってNOx浄化率の低下を抑制する手法が提案されている。すなわち、温度上昇に伴ってNOx吸蔵性能が低下した分だけ、NOxが吸蔵されるリーン雰囲気の期間を短縮し、少量単位でNOxの吸蔵と還元とを周期的に実施するものである。このような手法を採用することで、高温環境下においても平均的に高いNOx浄化率を維持することができ、排気性能を向上させることが可能となる。   In order to deal with such a problem, a method for suppressing a decrease in the NOx purification rate by reducing the purge interval of the normal NOx purge control has been proposed. That is, the period of the lean atmosphere in which NOx is occluded is shortened by the amount that the NOx occlusion performance has decreased as the temperature rises, and NOx occlusion and reduction are periodically performed in small units. By adopting such a method, an average high NOx purification rate can be maintained even in a high-temperature environment, and the exhaust performance can be improved.

しかしながら、従来の通常NOxパージ制御におけるリーン雰囲気の期間を単純に短くしただけでは、リーン雰囲気期間に対するリッチ雰囲気期間の相対的な長さが増大し、燃費が悪化するおそれが生じる。また、リーン雰囲気の期間を短縮することでNOxトラップ触媒に吸蔵されるNOxの絶対量が減少するため、排気中の未燃燃料成分が供給過多となりやすく、触媒下流側への未燃燃料成分の流出量(スリップ炭化水素量)が大きく増加しやすいという課題もある。   However, simply shortening the period of the lean atmosphere in the conventional normal NOx purge control increases the relative length of the rich atmosphere period with respect to the lean atmosphere period, which may deteriorate the fuel consumption. In addition, by shortening the period of the lean atmosphere, the absolute amount of NOx stored in the NOx trap catalyst decreases, so the unburned fuel component in the exhaust tends to be excessively supplied, and the unburned fuel component to the downstream side of the catalyst There is also a problem that the outflow amount (slip hydrocarbon amount) tends to increase greatly.

一方、このような課題を回避すべく、リッチ雰囲気の期間も併せて短縮することも考えられる。しかしこの場合、NOxトラップ触媒近傍の炭化水素濃度が低下しやすくなり、NOxトラップ触媒での吸蔵還元サイクルを適切に維持することが困難となり、NOx浄化率が大幅に低下する場合がある。   On the other hand, in order to avoid such a problem, it is also conceivable to shorten the rich atmosphere period. However, in this case, the hydrocarbon concentration in the vicinity of the NOx trap catalyst tends to decrease, it becomes difficult to properly maintain the storage reduction cycle in the NOx trap catalyst, and the NOx purification rate may be significantly reduced.

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、触媒のNOx浄化率の低下を抑制し、高い浄化性能を維持することができるようにした排気浄化装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置づけることができる。   One of the objects of the present invention was devised in view of the above-described problems, and provides an exhaust purification device capable of suppressing a decrease in the NOx purification rate of a catalyst and maintaining high purification performance. That is. It should be noted that the present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiment for carrying out the invention described later, and can also provide a function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. Can be positioned as

(1)ここで開示する排気浄化装置は、エンジンの排気通路に設けられ、排気中の窒素酸化物を酸化雰囲気下で吸蔵するとともに還元雰囲気下で還元する触媒と、前記触媒よりも上流側の前記排気通路に設けられ、前記窒素酸化物の還元剤を供給する噴射弁とを備える。
また、空燃比を第1のリッチ期間及び第1のリーン期間に周期的に変化させるとともに、前記第1のリッチ期間において前記噴射弁の開閉を複数回にわたり繰り返して前記還元剤を噴射する通常制御を実施する通常制御手段を備える。さらに、前記通常制御よりも短周期で前記空燃比を第2のリッチ期間及び第2のリーン期間に周期的に変化させるとともに、前記第2のリッチ期間と前記噴射弁の開弁期間とが同一となるように短周期制御を実施する短周期制御手段を備える。つまり、前記短周期制御における前記第2のリッチ期間(一回)における前記噴射弁からの噴射回数は、一回である。
前記第1のリッチ期間とは、前記空燃比が前記通常制御においてリッチ方向に制御されている期間を意味し、前記第1のリーン期間とは、前記空燃比が前記通常制御においてリーン方向に制御されている期間を意味する。
前記第2のリッチ期間とは、前記空燃比が前記短周期制御においてリッチ方向に制御されている期間を意味し、前記第2のリーン期間とは、前記空燃比が前記短周期制御においてリーン方向に制御されている期間を意味する。
(1) An exhaust emission control device disclosed herein is provided in an exhaust passage of an engine, stores a nitrogen oxide in exhaust gas under an oxidizing atmosphere and reduces it under a reducing atmosphere, and an upstream side of the catalyst. An injection valve that is provided in the exhaust passage and supplies the nitrogen oxide reducing agent.
Further, the periodically changing the first rich period and the first lean period fuel ratio, injecting the reducing agent is repeated multiple times opening and closing of Oite the injection valve to the first rich period Normal control means for performing normal control is provided. Further, the air-fuel ratio is periodically changed to the second rich period and the second lean period in a shorter cycle than the normal control, and the second rich period and the valve opening period of the injection valve are the same. comprising a short-cycle control means for performing short-cycle control such that. That is, the number of injections from the injection valve in the second rich period (once) in the short cycle control is one.
The first rich period means a period in which the air-fuel ratio is controlled in the rich direction in the normal control, and the first lean period is a control in which the air-fuel ratio is controlled in the lean direction in the normal control. Means the period.
The second rich period means a period in which the air-fuel ratio is controlled in the rich direction in the short cycle control, and the second lean period means that the air-fuel ratio is in the lean direction in the short cycle control. Means a period controlled by

前記触媒は、窒素酸化物(NOx)の吸蔵機能を担う吸蔵材と、還元機能を担う貴金属元素等とが担持されたNOxトラップ触媒(吸蔵還元触媒)である。また、前記吸蔵材は、例えばアルカリ金属やアルカリ土類金属,希土類元素等である。前記窒素酸化物は、これらの前記吸蔵材の表面に硝酸塩の形で保持される。   The catalyst is a NOx trap catalyst (occlusion reduction catalyst) on which an occlusion material responsible for the storage function of nitrogen oxide (NOx) and a noble metal element responsible for a reduction function are supported. The occlusion material is, for example, an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth element, or the like. The nitrogen oxide is held in the form of nitrate on the surface of the occlusion material.

また、ここでいう「噴射回数が複数回にわたる」とは、前記リッチ期間中に前記噴射弁が間欠的に燃料を噴射することを意味する。例えば、パルス幅変調の手法を用いた場合には、リッチ期間中における前記噴射弁の開弁時間がパルス信号の幅及び間隔(例えば、デューティー比)によって制御される。
一方、ここでいう「噴射回数が一回である」とは、前記リッチ期間中には前記噴射弁が閉弁しないことを意味する。つまり、前記短周期制御では、前記リッチ期間と前記噴射弁の開弁時間とが一致する。
Further, the phrase “the number of injections is multiple” here means that the injection valve injects fuel intermittently during the rich period. For example, when the pulse width modulation method is used, the valve opening time of the injection valve during the rich period is controlled by the width and interval (for example, duty ratio) of the pulse signal.
On the other hand, “the number of injections is one” here means that the injection valve does not close during the rich period. That is, in the short cycle control, the rich period coincides with the valve opening time of the injection valve.

また、前記通常制御でのリッチ期間(空燃比がリッチである還元雰囲気の期間),リーン期間(空燃比がリーンである酸化雰囲気の期間)をそれぞれR0,L0とおき、前記短周期制御でのリッチ期間,リーン期間をそれぞれR1,L1とおくと、以下の範囲でそれぞれの期間を設定することが好ましい。10≦R1≦300 [ms]、0.5≦L1≦3.0 [s]、R1<R0、L1<L0
少なくとも、以下の不等式が成立するようにそれぞれの期間を設定することが好ましい。R1+L1<R0+L0
Further, the short period control is performed by setting the rich period (period of reducing atmosphere in which the air-fuel ratio is rich) and lean period (period of oxidizing atmosphere in which the air-fuel ratio is lean) as R 0 and L 0 , respectively, in the normal control. If the rich period and the lean period are set to R 1 and L 1 , respectively, it is preferable to set the respective periods within the following ranges. 10 ≦ R 1 ≦ 300 [ms], 0.5 ≦ L 1 ≦ 3.0 [s], R 1 <R 0 , L 1 <L 0 .
It is preferable to set each period so that at least the following inequality is satisfied. R 1 + L 1 <R 0 + L 0 .

(2)また、前記通常制御手段は、前記触媒に流入する排気温度が所定温度未満のときに前記通常制御を実施し、前記短周期制御手段は、前記排気温度が前記所定温度以上のときに前記短周期制御を実施することが好ましい。
なお、前記所定温度とは、窒素酸化物の吸蔵時の形態である硝酸塩の分解率が所定率以上となる温度であることが好ましい。
(2) Further, the normal control means performs the normal control when the exhaust temperature flowing into the catalyst is lower than a predetermined temperature, and the short cycle control means is configured when the exhaust temperature is equal to or higher than the predetermined temperature. It is preferable to implement the short cycle control.
The predetermined temperature is preferably a temperature at which the decomposition rate of nitrate, which is a form during storage of nitrogen oxides, is equal to or higher than a predetermined rate.

例えば、硝酸塩の熱解離率が所定率以上となる温度であり、又は、硝酸塩の溶融率や溶融速度が所定値以上となる温度である。前記所定温度は、窒素酸化物の触媒への吸蔵率が最大となる温度よりも高温の温度領域に含まれ、かつ、触媒耐熱温度よりも低温の温度領域に含まれる。具体的には、前記所定温度が400〜650[℃]の間で設定されることが好ましい。なお、硝酸塩の一つである硝酸バリウムは融点が約592[℃]であり、融点付近で酸化して分解される。   For example, it is a temperature at which the thermal dissociation rate of nitrate is equal to or higher than a predetermined rate, or a temperature at which the melting rate or melting rate of nitrate is higher than a predetermined value. The predetermined temperature is included in a temperature range higher than the temperature at which the storage rate of nitrogen oxides in the catalyst is maximum, and is included in a temperature range lower than the catalyst heat resistance temperature. Specifically, the predetermined temperature is preferably set between 400 and 650 [° C.]. Note that barium nitrate, which is one of nitrates, has a melting point of about 592 [° C.], and is oxidized and decomposed near the melting point.

(3)また、前記通常制御手段及び前記短周期制御手段が、前記噴射弁の開弁時間又は閉弁時間に基づいて前記排気温度を推定することが好ましい。前記開弁時間及び前記閉弁時間は、例えば前記通常制御や前記短周期制御におけるリッチ期間及びリーン期間に相当する。
(4)また、前記通常制御の際は、前記第1のリッチ期間において前記燃料噴射弁の開弁期間と閉弁期間との比によって前記噴射弁を制御し、前記短周期制御の際は、前記第2のリッチ期間において前記燃料噴射弁の開弁期間で前記噴射弁を制御することが好ましい。
換言すれば、前記通常制御手段が、前記通常制御において前記噴射弁の開弁時間及び閉弁時間の比率を調整することで前記第1のリッチ期間における前記噴射弁を制御することが好ましい。また、前記短周期制御手段が、前記短周期制御において前記噴射弁の開弁時間を調整することで前記第2のリッチ期間における前記噴射弁を制御することが好ましい。なお、前記開弁時間及び前記閉弁時間の比率とは、例えばパルス幅変調のデューティー比である。
(3) Moreover, it is preferable that the said normal control means and the said short cycle control means estimate the said exhaust gas temperature based on the valve opening time or valve closing time of the said injection valve. The valve opening time and the valve closing time correspond to, for example, a rich period and a lean period in the normal control and the short cycle control.
(4) Further , during the normal control, the injection valve is controlled by the ratio of the valve opening period and the valve closing period of the fuel injection valve in the first rich period, and during the short cycle control, It is preferable that the injection valve is controlled during the valve opening period of the fuel injection valve in the second rich period.
In other words, it is preferable that the normal control means controls the injection valve in the first rich period by adjusting a ratio between the valve opening time and the valve closing time of the injection valve in the normal control . Moreover , it is preferable that the short cycle control means controls the injection valve in the second rich period by adjusting a valve opening time of the injection valve in the short cycle control. The ratio between the valve opening time and the valve closing time is, for example, a duty ratio of pulse width modulation.

(5)また、前記短周期制御による前記窒素酸化物の浄化率が所定浄化率未満であるときに、前記短周期制御よりもリッチ期間を延長して前記空燃比を周期的に変化させるとともに、リッチ期間における前記噴射弁からの噴射回数が複数回にわたる回復制御を実施する回復制御手段を備えることが好ましい。
排気温度及び触媒温度が高温になると硝酸塩が熱解離又は溶融しやすくなり、触媒への吸蔵量が減少する。一方、排気温度及び触媒温度が高温であっても、触媒に対する窒素酸化物の吸着作用は微量ながら継続する。したがって、触媒に吸着した窒素酸化物を短周期で浄化することで、窒素酸化物の浄化率が向上する。
(5) When the purification rate of the nitrogen oxides by the short cycle control is less than a predetermined purification rate, the rich period is extended as compared to the short cycle control and the air-fuel ratio is periodically changed. It is preferable to provide recovery control means for performing recovery control in which the number of injections from the injection valve during the rich period is multiple.
When the exhaust temperature and the catalyst temperature become high, the nitrate is likely to be thermally dissociated or melted, and the amount of occlusion in the catalyst decreases. On the other hand, even if the exhaust gas temperature and the catalyst temperature are high, the adsorption action of nitrogen oxide on the catalyst continues with a slight amount. Therefore, the purification rate of nitrogen oxide is improved by purifying the nitrogen oxide adsorbed on the catalyst in a short cycle.

(6)また、前記回復制御手段が、前記回復制御中の平均空燃比をストイキ又はリッチに維持することが好ましい。
ここでいう平均空燃比とは、リッチ期間の空燃比とリーン期間の空燃比とを平均した空燃比を意味する。また、ここでいうストイキとは、触媒の下流側での平均酸素濃度が少なくとも1[%]以下となる程度の空燃比であり、厳密には理論空燃比よりも若干リーン寄りの空燃比(スライトリーン)を含むものとする。つまり、前記回復制御手段は、少なくとも、前記触媒の下流側での平均酸素濃度が1[%]以下となる程度の平均空燃比を維持することが好ましい。
(6) Moreover, it is preferable that the said recovery control means maintains the average air fuel ratio in said recovery control at stoichiometric or rich.
The average air-fuel ratio here means an air-fuel ratio obtained by averaging the air-fuel ratio in the rich period and the air-fuel ratio in the lean period. In addition, the stoichiometric here is an air-fuel ratio at which the average oxygen concentration on the downstream side of the catalyst is at least 1 [%] or less, strictly speaking, an air-fuel ratio (slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio). Included). That is, it is preferable that the recovery control means maintain an average air-fuel ratio at least such that the average oxygen concentration on the downstream side of the catalyst is 1% or less.

(7)また、前記通常制御手段及び前記短周期制御手段が、前記通常制御中及び前記短周期制御中の平均空燃比をリーンに維持することが好ましい。   (7) In addition, it is preferable that the normal control unit and the short cycle control unit maintain an average air-fuel ratio during the normal control and the short cycle control to be lean.

開示の排気浄化装置によれば、短周期制御での噴射回数がリッチ期間毎に一回とされるため、一時的に触媒内を大きくリッチ化して活性還元剤(例えば、部分酸化した炭化水素)の生成を促進することができる。これにより、触媒に吸着した窒素酸化物や触媒近傍に存在する窒素酸化物を効率的に還元することができ、短い周期の間であっても窒素酸化物を浄化することができる。したがって、リッチ期間での燃料噴射総量が同一であっても、噴射回数を複数回に分けた場合と比較して窒素酸化物の浄化率を向上させることができる。   According to the disclosed exhaust purification apparatus, since the number of injections in the short cycle control is once for each rich period, the inside of the catalyst is greatly enriched to temporarily reduce the active reducing agent (for example, partially oxidized hydrocarbon). The generation of can be promoted. Thereby, nitrogen oxides adsorbed on the catalyst and nitrogen oxides present in the vicinity of the catalyst can be efficiently reduced, and nitrogen oxides can be purified even during a short period. Therefore, even if the total fuel injection amount in the rich period is the same, the purification rate of nitrogen oxides can be improved as compared with the case where the number of injections is divided into a plurality of times.

また、通常制御では、触媒の吸蔵作用を利用した窒素酸化物の浄化を行うことができる。一方、短周期制御では、触媒に吸着した窒素酸化物についても少量単位で浄化することができる。したがって、何れの制御が実施された場合であっても、窒素酸化物の浄化率を向上させることができる。   Further, in normal control, it is possible to purify nitrogen oxides utilizing the occlusion action of the catalyst. On the other hand, in the short cycle control, nitrogen oxides adsorbed on the catalyst can be purified in small units. Therefore, the purification rate of nitrogen oxides can be improved regardless of which control is performed.

一実施形態に係る排気浄化装置の構成を例示する模式図である。It is a mimetic diagram illustrating the composition of the exhaust emission control device concerning one embodiment. 排気浄化装置で制御される目標空燃比の制御パターンを例示するグラフであり、(a)は通常NOxパージ制御時の制御パターン、(b)は短周期NOxパージ制御時の制御パターン、(c)は回復制御時の制御パターンである。5 is a graph illustrating a control pattern of a target air-fuel ratio controlled by the exhaust purification device, where (a) is a control pattern during normal NOx purge control, (b) is a control pattern during short-cycle NOx purge control, and (c). Is a control pattern during recovery control. 空燃比の制御手法を説明するためのグラフであり、(a)は通常NOxパージ制御時及び回復制御時の駆動信号、(b)は通常NOxパージ制御時及び回復制御時の目標空燃比、(c)は短周期NOxパージ制御時の目標空燃比を示す。It is a graph for demonstrating the control method of an air fuel ratio, (a) is a drive signal at the time of normal NOx purge control and recovery control, (b) is a target air fuel ratio at the time of normal NOx purge control and recovery control, ( c) shows the target air-fuel ratio at the time of short-cycle NOx purge control. NOxトラップ触媒の温度特性を例示するグラフであり、(a)はNOx浄化率E及び触媒温度Tの相関を示すグラフ、(b)はNOx濃度及び触媒温度Tの相関を示すグラフである。4 is a graph illustrating temperature characteristics of a NOx trap catalyst, where (a) is a graph showing the correlation between the NOx purification rate E and the catalyst temperature T, and (b) is a graph showing the correlation between the NOx concentration and the catalyst temperature T. FIG. 排気浄化装置による制御手順を例示するフローチャートである。It is a flowchart which illustrates the control procedure by an exhaust gas purification apparatus. 排気浄化装置による制御手順を例示するフローチャートである。It is a flowchart which illustrates the control procedure by an exhaust gas purification apparatus. 排気浄化装置の制御作用を説明するためのタイムチャートであり、(a)は排気温度、(b)は短周期NOxパージ制御の実施条件の成否、(c)はNOx浄化率、(d)は回復制御の実施フラグの状態、(e)は目標空燃比をそれぞれ示す。It is a time chart for explaining the control action of the exhaust purification device, (a) is the exhaust temperature, (b) is the success or failure of the execution condition of the short-cycle NOx purge control, (c) is the NOx purification rate, (d) is The state of the recovery control execution flag, (e) shows the target air-fuel ratio. 排気浄化装置における排気管内インジェクターの駆動方法の違いとそれに由来する効果の違いとを説明するためのグラフであり、(a)は燃料噴射量と平均空燃比との関係を示し、(b)は燃料噴射量と触媒温度Tとの関係を示し、(c)は燃料噴射量とNOx浄化率Eとの関係を示す。It is a graph for demonstrating the difference in the drive method of the injector in an exhaust pipe in an exhaust-gas purification apparatus, and the difference in the effect derived from it, (a) shows the relationship between fuel injection quantity and an average air fuel ratio, (b) The relationship between the fuel injection amount and the catalyst temperature T is shown, and (c) shows the relationship between the fuel injection amount and the NOx purification rate E. (a)は排出ガス規制のテストモードの一部を模式的に示すグラフであり、(b)は短周期NOxパージ制御の継続実施時間及びNOx浄化率の相関を示すグラフである。(A) is a graph schematically showing a part of a test mode of exhaust gas regulation, and (b) is a graph showing the correlation between the duration of short cycle NOx purge control and the NOx purification rate.

図面を参照して排気浄化装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。   An exhaust emission control device will be described with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment. Each configuration of the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present embodiment, and can be selected or combined as necessary.

[1.装置構成]
本実施形態の排気浄化装置(排気浄化システム)は、車両に搭載されたディーゼルエンジン10の排気を浄化するものとして適用される。図1では、このエンジン10に設けられた複数のシリンダー11(気筒)のうちの一つを示す。シリンダー11の上部には、燃料噴射用のインジェクター(燃料噴射弁)が設けられる。インジェクターの先端部は燃焼室13に向けて設けられ、各シリンダー11内に直接的に燃料を噴射する。
[1. Device configuration]
The exhaust gas purification apparatus (exhaust gas purification system) of the present embodiment is applied as a device that purifies exhaust gas from a diesel engine 10 mounted on a vehicle. FIG. 1 shows one of a plurality of cylinders 11 (cylinders) provided in the engine 10. An injector (fuel injection valve) for fuel injection is provided on the upper portion of the cylinder 11. The tip of the injector is provided toward the combustion chamber 13 and injects fuel directly into each cylinder 11.

エンジン10の排気通路15には、酸化触媒8及びNOxトラップ触媒9(吸蔵還元触媒,触媒)が介装される。酸化触媒8とは、その表面に触媒貴金属を含有し、排気中の成分に対する酸化能を有する触媒(DOC;Diesel Oxidation Catalyst)である。酸化触媒8で酸化される排気中の成分としては、酸化窒素(NO),未燃燃料中の炭化水素等が挙げられる。酸化窒素は酸化触媒8上で二酸化窒素(NO2)となり、炭化水素は酸化触媒8上で発熱を伴いつつ二酸化炭素(CO2)や水(H2O)に変化する。 An oxidation catalyst 8 and a NOx trap catalyst 9 (storage reduction catalyst, catalyst) are interposed in the exhaust passage 15 of the engine 10. The oxidation catalyst 8 is a catalyst (DOC; Diesel Oxidation Catalyst) that contains a catalytic noble metal on its surface and has an oxidizing ability for components in exhaust gas. Examples of components in the exhaust gas oxidized by the oxidation catalyst 8 include nitrogen oxide (NO), hydrocarbons in unburned fuel, and the like. Nitrogen oxide becomes nitrogen dioxide (NO 2 ) on the oxidation catalyst 8, and the hydrocarbon changes into carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O) with heat generation on the oxidation catalyst 8.

NOxトラップ触媒9(触媒)は、NOxの吸蔵機能を担う吸蔵材と、還元機能を担う貴金属元素等とを触媒表面に担持した触媒である。吸蔵材は、例えばアルカリ金属やアルカリ土類金属,希土類元素等であり、これらの吸蔵材の表面にNOxが硝酸塩(NO3 -)の形で保持される。NOxトラップ触媒9は、酸素濃度が比較的高いリーン雰囲気(酸化雰囲気)の排気中でNOxを吸蔵し、リッチ雰囲気(還元雰囲気)下でそのNOxを窒素に還元する。 The NOx trap catalyst 9 (catalyst) is a catalyst in which an occlusion material responsible for NOx occlusion and a noble metal element or the like responsible for a reduction function are supported on the catalyst surface. The occlusion material is, for example, an alkali metal, an alkaline earth metal, or a rare earth element, and NOx is held in the form of nitrate (NO 3 ) on the surface of these occlusion materials. The NOx trap catalyst 9 occludes NOx in exhaust gas in a lean atmosphere (oxidizing atmosphere) having a relatively high oxygen concentration, and reduces the NOx to nitrogen in a rich atmosphere (reducing atmosphere).

ここでいうリーン雰囲気とは、空燃比がリーンの混合気を燃焼させたときの排気状態を意味し、すなわち、排気中の酸素濃度が還元成分(炭化水素,一酸化炭素等)の濃度に対して相対的に高い状態を意味する。また、リッチ雰囲気とは、空燃比がリッチの混合気を燃焼させたときの排気状態を意味する。これは、排気中の還元成分の濃度が酸素濃度に対して相対的に高い状態であり、かつ、酸素濃度(絶対濃度)が所定濃度以下(例えば、0.1[%]未満)の状態である。なお、ストイキ雰囲気とは、空燃比がストイキ(理論空燃比)である混合気を燃焼させたときの排気状態を意味する。この場合、排気中の酸素濃度は0.1[%]前後となる。   The lean atmosphere here means the exhaust state when the air-fuel ratio is lean and the air-fuel ratio burns, that is, the oxygen concentration in the exhaust is relative to the concentration of the reducing component (hydrocarbon, carbon monoxide, etc.). Means a relatively high state. The rich atmosphere means an exhaust state when the air-fuel ratio rich air-fuel mixture is burned. This is a state in which the concentration of the reducing component in the exhaust gas is relatively high with respect to the oxygen concentration, and the oxygen concentration (absolute concentration) is not more than a predetermined concentration (for example, less than 0.1 [%]). The stoichiometric atmosphere means an exhaust state when an air-fuel mixture having an air-fuel ratio of stoichiometric (theoretical air-fuel ratio) is burned. In this case, the oxygen concentration in the exhaust gas is around 0.1 [%].

酸化触媒8よりも上流側の排気通路15には、排気管内インジェクター7(噴射弁)が設けられる。この排気管内インジェクター7は、NOxトラップ触媒9におけるNOxの還元剤となる未燃燃料を排気中に供給噴射するものである。未燃燃料とは、筒内に設けられるインジェクターから噴射される燃料と同じものである。ここで噴射された未燃燃料が排気中の酸素と結びついて酸化触媒8,NOxトラップ触媒9の表面で酸化されると、排気温度が上昇する。また、未燃燃料はNOxトラップ触媒9の近傍でNOxを窒素(N2)に還元するように機能する。 An exhaust pipe injector 7 (injection valve) is provided in the exhaust passage 15 upstream of the oxidation catalyst 8. The in-pipe injector 7 supplies and injects unburned fuel that serves as a reducing agent for NOx in the NOx trap catalyst 9 into the exhaust. The unburned fuel is the same as the fuel injected from the injector provided in the cylinder. When the unburned fuel injected here is combined with oxygen in the exhaust gas and oxidized on the surfaces of the oxidation catalyst 8 and the NOx trap catalyst 9, the exhaust temperature rises. The unburned fuel functions to reduce NOx to nitrogen (N 2 ) in the vicinity of the NOx trap catalyst 9.

酸化触媒8とNOxトラップ触媒9との間の排気通路15には排気温度センサー16が設けられ、NOxトラップ触媒9の下流側の排気通路15にはNOxセンサー17が設けられる。排気温度センサー16は、NOxトラップ触媒9に流入する排気の排気温度Gを検出するものである。また、NOxセンサー17は、排気中のNOx濃度を検出するものである。これらのセンサーで検出された排気温度G,NOx濃度の情報は、制御装置1に伝達される。   An exhaust temperature sensor 16 is provided in the exhaust passage 15 between the oxidation catalyst 8 and the NOx trap catalyst 9, and a NOx sensor 17 is provided in the exhaust passage 15 downstream of the NOx trap catalyst 9. The exhaust temperature sensor 16 detects the exhaust temperature G of the exhaust flowing into the NOx trap catalyst 9. The NOx sensor 17 detects the NOx concentration in the exhaust. Information on the exhaust gas temperature G and the NOx concentration detected by these sensors is transmitted to the control device 1.

[2.制御の概要]
制御装置1は、排気温度センサー16で検出された排気温度Gや、NOxセンサー17で検出されたNOx濃度等に基づき、排気通路15内の排気の空燃比を制御するものである。本実施形態では、排気管内インジェクター7から噴射される燃料量及び燃料噴射タイミングを調節することで、排気の空燃比が制御される。排気管内インジェクター7は、エンジン10の出力や運転状態に直接的な影響を与えることがないため、燃料噴射量や噴射タイミングを比較的自由に設定することが可能である。
[2. Overview of control]
The control device 1 controls the air-fuel ratio of the exhaust gas in the exhaust passage 15 based on the exhaust gas temperature G detected by the exhaust gas temperature sensor 16, the NOx concentration detected by the NOx sensor 17, and the like. In the present embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust is controlled by adjusting the amount of fuel injected from the exhaust pipe injector 7 and the fuel injection timing. Since the exhaust pipe injector 7 does not directly affect the output or operating state of the engine 10, the fuel injection amount and the injection timing can be set relatively freely.

以下、制御装置1で実施される制御のうち、NOxトラップ触媒9でNOxを浄化するための制御について詳述する。制御装置1は、通常NOxパージ制御,短周期NOxパージ制御,回復制御の三種類の制御を実施する。   Hereinafter, the control for purifying NOx by the NOx trap catalyst 9 among the control performed by the control device 1 will be described in detail. The control device 1 performs three types of control: normal NOx purge control, short cycle NOx purge control, and recovery control.

[2−1.通常NOxパージ制御]
通常NOxパージ制御(通常制御)とは、排気の空燃比をリッチ方向及びリーン方向に周期的に変化させて、NOxトラップ触媒9へのNOx吸蔵操作とそのNOxの還元操作とを繰り返し実施する制御である。この通常NOxパージ制御では、図2(a)に示すように、目標空燃比がリーンの値AF1とされるリーン期間がL0に設定されるとともに、目標空燃比がリッチの値AF2とされるリッチ期間がR0に設定される。リーン期間L0及びリッチ期間R0の平均目標空燃比(平均空燃比)はリーンである。具体的には、リーン期間L0が数十秒〜数百秒程度(例えば30秒)に設定され、リッチ期間R0がリーン期間L0の1/10〜1/100程度(例えば1.5秒)に設定される。
[2-1. Normal NOx purge control]
Normal NOx purge control (normal control) is a control in which the NOx occlusion operation to the NOx trap catalyst 9 and the NOx reduction operation are repeatedly performed by periodically changing the air-fuel ratio of the exhaust gas in the rich direction and the lean direction. It is. In the normal NOx purge control, as shown in FIG. 2 (a), together with the lean period in which the target air-fuel ratio is a value AF 1 lean is set to L 0, the target air-fuel ratio is rich value AF 2 The rich period to be performed is set to R0 . The average target air-fuel ratio (average air-fuel ratio) in the lean period L 0 and the rich period R 0 is lean. Specifically, the lean period L 0 is set to about several tens of seconds to several hundred seconds (for example, 30 seconds), and the rich period R 0 is about 1/10 to 1/100 of the lean period L 0 (for example, 1.5 seconds). Set to

通常NOxパージ制御のリーン期間L0の最小値は、少なくとも排気中のNOxがNOxトラップ触媒9の吸蔵材に対して硝酸塩の形で吸蔵されうる長さとすることが好ましい。一方、リーン期間L0の最大値は、NOxトラップ触媒9の吸蔵性能や吸蔵材の担持量(最大吸蔵量)等に応じて適宜設定することが可能である。 The minimum value of the lean period L 0 of the normal NOx purge control is preferably NOx at least in the exhaust gas to the length that can be occluded in the form of nitrates against occlusion material of the NOx trap catalyst 9. On the other hand, the maximum value of the lean period L 0 is can be appropriately set according to the loading amount of the absorbing performance and storage material in the NOx trap catalyst 9 (maximum storage amount), and the like.

また、通常NOxパージ制御では、一回のリッチ期間R0における排気管内インジェクター7のからの噴射回数が複数回にわたるように、排気管内インジェクター7の開弁及び閉弁を高速で切り換える制御が実施される。ここでは、排気管内インジェクター7の開弁状態,閉弁状態を制御するための駆動信号として、パルス信号が用いられる。 Further, in the normal NOx purge control, control is performed to switch the valve opening and closing of the exhaust pipe injector 7 at high speed so that the number of injections from the exhaust pipe injector 7 in the rich period R 0 is multiple. The Here, a pulse signal is used as a drive signal for controlling the valve opening state and valve closing state of the in-pipe injector 7.

このパルス信号は、例えば図2(a)に示すように、波幅の異なる複数の方形波を連ねた形状の信号である。排気管内インジェクター7は、パルス信号が0(オフ)のときに閉弁状態とされ、パルス信号が1(オン)のときに開弁状態とされる。このように、排気管内インジェクター7の開弁状態,閉弁状態のそれぞれをパルス信号のオン,オフに対応させ、パルス幅(オンの幅)とパルス間隔(オフの幅)との割合を変更することで排気管内インジェクター7の平均開度を自在に調節する制御のことを、PWM制御(パルス幅変調制御,Pulse Width Modulation)と呼ぶ。   For example, as shown in FIG. 2A, the pulse signal is a signal having a shape in which a plurality of square waves having different wave widths are connected. The exhaust pipe injector 7 is closed when the pulse signal is 0 (off), and is opened when the pulse signal is 1 (on). As described above, the valve open state and the valve closed state of the in-pipe injector 7 are made to correspond to ON / OFF of the pulse signal, and the ratio between the pulse width (ON width) and the pulse interval (OFF width) is changed. The control that freely adjusts the average opening of the exhaust pipe injector 7 is called PWM control (Pulse Width Modulation).

また、パルス幅とパルス間隔とを合計した波幅に対するパルス幅の割合のことをデューティー比と呼ぶ。なお、「波幅に対するパルス幅」の比率と「パルス間隔に対するパルス幅」の比率との間には相関が認められるため、前者の比率の代わりに後者の比率を用いてPWM制御を実施してもよく、実質的に同一の作用,効果を奏するものとなる。   Further, the ratio of the pulse width to the total wave width of the pulse width and the pulse interval is called a duty ratio. Note that there is a correlation between the ratio of “pulse width to wave width” and the ratio of “pulse width to pulse interval”, so even if PWM control is performed using the latter ratio instead of the former ratio. Well, it will exhibit substantially the same actions and effects.

通常NOxパージ制御時における排気管内インジェクター7の駆動信号の周期C0(オンの幅とオフの幅との加算値に相当する時間)は、排気管内インジェクター7の特性や種類に応じて設定される。周期可変型のインジェクターであれば、排気流量や吸気流量,エンジン10の運転状態等に応じて適宜設定してもよいし、周期固定型のインジェクターであれば、予め設定された周期としてもよい。本実施形態では、周期C0が数ミリ秒〜数十ミリ秒(例えば25[ms])の固定値に設定されている。 The period C 0 of the drive signal for the injector 7 in the exhaust pipe during normal NOx purge control (a time corresponding to the sum of the ON width and the OFF width) is set according to the characteristics and type of the injector 7 in the exhaust pipe. . If it is a variable cycle type injector, it may be set as appropriate according to the exhaust flow rate, the intake flow rate, the operating state of the engine 10, etc., and if it is a fixed cycle type injector, it may be set to a preset cycle. In the present embodiment, the period C 0 is set to a fixed value of several milliseconds to several tens of milliseconds (for example, 25 [ms]).

[2−2.短周期NOxパージ制御]
短周期NOxパージ制御(短周期制御)とは、通常NOxパージ制御よりも短周期で空燃比を変化させて、NOxトラップ触媒9へのNOx吸着操作とそのNOxの還元操作とを繰り返し実施する制御である。つまり、短周期NOxパージ制御では、NOxの吸蔵材への吸蔵作用だけでなく、NOxトラップ触媒の表面への吸着作用を利用してNOxが還元浄化される。
[2-2. Short cycle NOx purge control]
The short cycle NOx purge control (short cycle control) is a control in which the air-fuel ratio is changed in a shorter cycle than the normal NOx purge control, and the NOx adsorption operation to the NOx trap catalyst 9 and the NOx reduction operation are repeatedly performed. It is. That is, in the short-cycle NOx purge control, NOx is reduced and purified not only by storing NOx in the storage material but also by using the adsorption operation on the surface of the NOx trap catalyst.

NOxトラップ触媒9へのNOxの吸着作用は、吸蔵作用よりも弱い作用であり、NOxの最大吸着量は最大吸蔵量よりも少量である。一方、この吸着作用は、硝酸塩が分解されるような高温の温度領域においても進行する。したがって、吸着作用を利用して短周期で排気空燃比を変動させることで、高いNOx浄化率を確保することが可能となる。   The NOx adsorption action on the NOx trap catalyst 9 is weaker than the occlusion action, and the maximum adsorption amount of NOx is smaller than the maximum occlusion quantity. On the other hand, this adsorption action proceeds even in a high temperature range where nitrate is decomposed. Therefore, it is possible to secure a high NOx purification rate by changing the exhaust air-fuel ratio in a short period using the adsorption action.

短周期NOxパージ制御では、図2(b)に示すように、目標空燃比がリーンの値AF1とされるリーン期間がL1に設定されるとともに、目標空燃比がリッチの値AF2とされるリッチ期間がR1に設定される。リーン期間L1,リッチ期間R1のそれぞれの目標空燃比AF1,AF2は、通常NOxパージ制御でのそれぞれの目標空燃比AF1,AF2と同一であってもよいし、異なる値としてもよい。また、具体的なこれらの期間の長さは、リーン期間L1が0.5〜3.0秒程度(例えば2.0秒)に設定され、リッチ期間R1がリーン期間L1の1/10〜1/100程度、あるいは10〜300ミリ秒程度(例えば0.1秒)に設定される。なお、リーン期間L1及びリッチ期間R1の平均目標空燃比(平均空燃比)はリーンであり、好ましくは通常NOxパージ制御時の平均目標空燃比と同一の目標値とする。 The short cycle NOx purge control, as shown in FIG. 2 (b), together with the lean period in which the target air-fuel ratio is a value AF 1 lean is set to L 1, the target air-fuel ratio is rich value AF 2 rich period to be is set to R 1. Lean period L 1, each of the target air-fuel ratio AF 1, AF 2 rich period R 1 may be the respective identical to the target air-fuel ratio AF 1, AF 2 in the normal NOx purge control, different values Also good. The specific length of these periods is set such that the lean period L 1 is about 0.5 to 3.0 seconds (for example, 2.0 seconds), and the rich period R 1 is about 1/10 to 1/100 of the lean period L 1. Or about 10 to 300 milliseconds (for example, 0.1 seconds). Note that the average target air-fuel ratio (average air-fuel ratio) in the lean period L 1 and the rich period R 1 is lean, and is preferably set to the same target value as the average target air-fuel ratio during normal NOx purge control.

また、短周期NOxパージ制御では、一回のリッチ期間R1における排気管内インジェクター7からの噴射回数が一回となるように、排気管内インジェクター7の開弁時間が制御される。つまり、短周期NOxパージ制御時にはPWM制御が実施されず、リッチ期間R1の間は開弁されたままの状態が維持される。したがって、図2(b)に示すように、短周期NOxパージ時における排気管内インジェクター7の駆動信号のパルス幅C1は、リッチ期間R1に一致する。このように、排気管内インジェクター7の開弁時間をリッチ期間R1に一致させる制御のことを単発制御と呼ぶ。 Further, in the short cycle NOx purge control, the valve opening time of the exhaust pipe injector 7 is controlled so that the number of injections from the exhaust pipe injector 7 in one rich period R 1 is one. That is, when the control short period NOx purge is not implemented PWM control during the rich period R 1 has the state of being open is maintained. Therefore, as shown in FIG. 2B, the pulse width C 1 of the drive signal for the exhaust pipe injector 7 at the time of the short-cycle NOx purge coincides with the rich period R 1 . Control in which the valve opening time of the in-pipe injector 7 is made to coincide with the rich period R 1 is called single control.

PWM制御では、燃料が実際に噴射されている時間と噴射されていない時間とが交互に繰り返されるため、排気管内インジェクター7からNOxトラップ触媒9までの間でのガスミキシングによって空燃比が相対的にリーン化する。これに対し、単発制御ではこのようなミキシングの進行が抑制され、PWM制御時と比較してリッチ期間R1中の瞬時空燃比(排気管内インジェクター7の駆動信号で一周期分の時間を単位時間とした空燃比)が相対的にリッチ化される。このようなリッチ化作用に伴い、酸化触媒8やNOxトラップ触媒9における炭化水素の部分酸化が促進され、活性の高い還元剤成分(部分酸化HC)の排気中濃度が上昇する。 In PWM control, the time during which fuel is actually injected and the time during which fuel is not injected are alternately repeated. Therefore, the air-fuel ratio is relatively reduced by gas mixing between the in-pipe injector 7 and the NOx trap catalyst 9. Lean. On the other hand, in the single control, the progress of such mixing is suppressed, and the instantaneous air-fuel ratio during the rich period R 1 (the time for one cycle is determined as a unit time by the drive signal of the exhaust pipe injector 7 as compared with the PWM control). The air / fuel ratio) is relatively enriched. With such a richening action, partial oxidation of hydrocarbons in the oxidation catalyst 8 and the NOx trap catalyst 9 is promoted, and the concentration of the highly active reducing agent component (partial oxidation HC) in the exhaust gas increases.

短周期NOxパージ制御のリーン期間L1の最小値は任意である。ただし、リーン期間L1を短くすることによって目標空燃比の単位時間あたりの振動数が増大すると、実際の燃料噴射量に占める無駄燃料の割合が増加し、燃費が低下する。そこで、燃費の達成目標値に応じてリーン期間L1の最小値を定めてもよい。また、リーン期間L1の最大値は、NOxトラップ触媒9の吸着性能や表面積,貴金属担持量等に応じて適宜設定することが可能である。 The minimum value of the lean period L 1 of the short-cycle NOx purge control is arbitrary. However, if the frequency per unit of time the target air-fuel ratio is increased by shortening the lean period L 1, the percentage of wasted fuel occupying the actual fuel injection amount is increased, fuel consumption is reduced. Therefore, it may be determined the minimum value of the lean period L 1 in accordance with the goals values of fuel consumption. Further, the maximum value of the lean period L 1 can be set as appropriate according to the adsorption performance, surface area, noble metal loading amount, etc. of the NOx trap catalyst 9.

なお、リーン期間L1が短いほど触媒温度Tが上昇しやすくなるため、触媒温度T,排気温度Gに応じてリーン期間L1を設定(すなわち、触媒温度T,排気温度Gに応じて平均目標空燃比を調節)してもよい。この場合、触媒温度T,排気温度Gが高温であるほど、少なくとも平均目標空燃比がリーンとなる範囲でリーン期間L1を延長し、触媒温度T,排気温度Gが低温であるほどリーン期間L1を短縮すればよい。また、触媒温度T,排気温度Gが上昇しない程度に平均目標空燃比が大きくリーン寄りに設定されている場合には、リーン期間L1を固定値とすればよい。 Since the catalyst temperature T is likely to increase as the lean period L 1 is shorter, the lean period L 1 is set according to the catalyst temperature T and the exhaust temperature G (that is, the average target according to the catalyst temperature T and the exhaust temperature G). The air-fuel ratio may be adjusted). In this case, as the catalyst temperature T and the exhaust gas temperature G are higher, the lean period L 1 is extended at least in a range where the average target air-fuel ratio becomes lean, and as the catalyst temperature T and the exhaust gas temperature G are lower, the lean period L is increased. You can shorten one . Further, the catalyst temperature T, if the average target air-fuel ratio to the extent that the exhaust temperature G does not rise is set to increase lean closer it may be a lean period L 1 and a fixed value.

[2−3.回復制御]
本発明者らが短周期NOxパージ制御の継続実施時間とNOx浄化率Eとの相関を調査したところ、図9(b)に示すように、継続実施時間が増加するに連れてNOx浄化率Eが低下することが判明した。また、このNOx浄化率Eの低下速度は、NOxトラップ触媒9に担持されている貴金属触媒の劣化速度や硫黄被毒の進行速度と比較して極めて大きく、少なくとも短周期NOxパージ制御の継続実施時間が数十分から数時間にわたる場合には、NOx浄化率が大幅に低下する可能性があることが明らかとなった。
[2-3. Recovery control]
When the present inventors investigated the correlation between the continuous execution time of the short-cycle NOx purge control and the NOx purification rate E, as shown in FIG. 9B, the NOx purification rate E increases as the continuous execution time increases. Turned out to be lower. In addition, the rate of decrease of the NOx purification rate E is extremely large compared to the deterioration rate of the noble metal catalyst supported on the NOx trap catalyst 9 and the progress rate of sulfur poisoning, and at least the continuous execution time of the short cycle NOx purge control. However, it has been clarified that the NOx purification rate may be greatly reduced when tens of hours to several hours.

なお、図9(b)のグラフは、NOxトラップ触媒9の触媒温度Tを一定とした温度条件下でのNOx浄化率Eの変動を示す。このような急激なNOx浄化率Eの低下は、吸蔵作用を主に利用した通常のNOx浄化時には見られない現象である。   The graph of FIG. 9B shows the fluctuation of the NOx purification rate E under the temperature condition in which the catalyst temperature T of the NOx trap catalyst 9 is constant. Such a sharp decrease in the NOx purification rate E is a phenomenon that cannot be seen during normal NOx purification mainly using the occlusion action.

回復制御とは、このような短周期NOxパージ制御とNOx浄化率との相関を踏まえて、NOxトラップ触媒9の性能を回復させる制御であり、短周期NOxパージ制御よりもリッチ期間を延長して空燃比を周期的に変化させる制御である。回復制御時の平均目標空燃比(平均空燃比)は、NOxトラップ触媒9の近傍で還元雰囲気が維持される空燃比とされ、具体的にはストイキ又はリッチ、好ましくはリッチとされる。ここでいうストイキとは、NOxトラップ触媒9の上流側又は下流側での平均酸素濃度が少なくとも1.0[%]以下となる空燃比であり、厳密には理論空燃比よりも若干リーン寄りの空燃比(スライトリーン)を含む。   The recovery control is a control for recovering the performance of the NOx trap catalyst 9 on the basis of the correlation between the short cycle NOx purge control and the NOx purification rate, and extends the rich period more than the short cycle NOx purge control. This control is to periodically change the air-fuel ratio. The average target air-fuel ratio (average air-fuel ratio) at the time of recovery control is an air-fuel ratio that maintains the reducing atmosphere in the vicinity of the NOx trap catalyst 9, and is specifically stoichiometric or rich, preferably rich. The stoichiometry here is an air-fuel ratio in which the average oxygen concentration at the upstream side or downstream side of the NOx trap catalyst 9 is at least 1.0 [%] or less, strictly speaking, an air-fuel ratio slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. (Slight Lean) is included.

この回復制御では、図2(c)に示すように、目標空燃比がリーンの値AF1とされるリーン期間がL2に設定されるとともに、目標空燃比がリッチの値AF2とされるリッチ期間がR2に設定される。リーン期間L2,リッチ期間R2のそれぞれの目標空燃比AF1,AF2は、通常NOxパージ制御や短周期NOxパージ制御でのそれぞれの目標空燃比AF1,AF2と同一であってもよいし、異なる値としてもよい。 This recovery control, as shown in FIG. 2 (c), together with the lean period in which the target air-fuel ratio is a value AF 1 lean is set to L 2, is the target air-fuel ratio is rich value AF 2 rich period is set to R 2. Lean period L 2, each of the target air-fuel ratio AF 1, AF 2 of the rich period R 2, even normal, respectively the same as the target air-fuel ratio AF 1, AF 2 in NOx purge control and the short-cycle NOx purge control It is good also as a different value.

具体的なこれらの期間の長さは、少なくともリッチ期間R2が短周期NOxパージ制御のリッチ期間R1よりも長く、リッチ期間R1の10〜500倍程度(例えば15秒)に設定される。また、リーン期間L2は、リーン期間L2及びリッチ期間R2のトータルの平均目標空燃比に応じた長さ(例えば3秒)に設定される。このような設定により、NOxトラップ触媒9の近傍の雰囲気が平均的に還元雰囲気に維持され、NOxが還元されやすくなるとともに、NOxトラップ触媒9でのNOx浄化率が回復する。 The length of the concrete these periods is at least rich period R 2 is longer than the rich period R 1 short period NOx purge control, set to 10 to 500 times the rich period R 1 (e.g., 15 seconds) . Further, the lean period L 2 is set to the lean period L 2 and the length corresponding to the average target air-fuel ratio of the rich period of R 2 total (e.g. 3 seconds). By such setting, the atmosphere in the vicinity of the NOx trap catalyst 9 is maintained in a reducing atmosphere on average, and NOx is easily reduced, and the NOx purification rate in the NOx trap catalyst 9 is recovered.

また、回復制御では、一回のリッチ期間R2における排気管内インジェクター7からの噴射回数が複数回となるように、排気管内インジェクター7の開弁及び閉弁を高速で切り換える制御が実施される。ここでは、図2(c)に示すように、通常NOxパージ制御時と同様のパルス信号を駆動信号としたPWM制御が実施される。回復制御時における駆動信号の周期C2は、通常NOxパージ制御時の駆動信号の周期C0と同一であっても相違するものであってもよい。本実施形態では、周期C2が数ミリ秒〜数十ミリ秒(例えば25[ms])の固定値であって、周期C0と同一値に設定されている。 Also, the recovery control, the injection frequency from the exhaust pipe injector 7 in a single rich period R 2 is such that a plurality of times, control for switching the opening and closing of the exhaust pipe injector 7 at high speed is performed. Here, as shown in FIG. 2 (c), the PWM control using the same pulse signal as that in the normal NOx purge control as the drive signal is performed. Period C 2 of the drive signal when the recovery control may be one which differs from either a general identical to the period C 0 of the drive signal during NOx purge control. In the present embodiment, the period C 2 is a fixed value of several milliseconds to several tens of milliseconds (for example, 25 [ms]), and is set to the same value as the period C 0 .

回復制御においても、短周期NOxパージ制御と同様に、触媒温度T,排気温度Gに応じてリーン期間L2を設定(すなわち、触媒温度Tに応じて平均目標空燃比を調節)してもよい。この場合、触媒温度T,排気温度Gが高温であるほど、少なくとも平均目標空燃比がストイキ又はリッチとなる範囲でリーン期間L2を延長し、触媒温度T,排気温度Gが低温であるほどリーン期間L2を短縮すればよい。これにより、触媒温度T,排気温度Gの過昇温が抑制され、触媒温度T,排気温度Gをほぼ一定幅の温度域に維持しやすくなる。 Also in the recovery control, as in the short-cycle NOx purge control, the lean period L 2 may be set according to the catalyst temperature T and the exhaust gas temperature G (that is, the average target air-fuel ratio is adjusted according to the catalyst temperature T). . In this case, as the catalyst temperature T, exhaust gas temperature G is at high temperature, extending the lean period L 2 to the extent that at least an average target air-fuel ratio becomes stoichiometric or rich, lean as the catalyst temperature T, exhaust gas temperature G is at a low temperature The period L 2 may be shortened. Thereby, the excessive temperature rise of the catalyst temperature T and the exhaust gas temperature G is suppressed, and the catalyst temperature T and the exhaust gas temperature G can be easily maintained in a temperature range having a substantially constant width.

上記の三種類の制御についてのリッチ期間,リーン期間,駆動信号の周期の大小関係をまとめると、以下の通りとなる。
リッチ期間:R1<R2 、R1<R0
リーン期間:L1<L2 、L1<L0
駆動信号の周期:C0<C1 、C2<C1
The relationship between the rich period, the lean period, and the period of the drive signal for the above three types of control is summarized as follows.
Rich period: R 1 <R 2 , R 1 <R 0
Lean period: L 1 <L 2 , L 1 <L 0
Drive signal cycle: C 0 <C 1 , C 2 <C 1

[3.制御装置の構成]
上記の三種類の制御を実施すべく、制御装置1には、触媒温度演算部2,浄化率演算部3,通常制御部4,短周期制御部5及び回復制御部6が設けられる。これらの各要素は、電子回路(ハードウェア)によって実現してもよく、あるいはソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。
[3. Configuration of control device]
In order to perform the above three types of control, the control device 1 is provided with a catalyst temperature calculation unit 2, a purification rate calculation unit 3, a normal control unit 4, a short cycle control unit 5, and a recovery control unit 6. Each of these elements may be realized by an electronic circuit (hardware), or may be programmed as software, or some of these functions may be provided as hardware, and the other part may be software. It may be what.

触媒温度演算部2は、排気温度センサー16で検出された排気温度Gの情報に基づき、NOxトラップ触媒9の触媒温度Tを推定するものである。排気温度センサー16で検出された排気温度Gは、NOxトラップ触媒9に流入するガスの温度に相当する。したがって、排気温度Gと触媒温度Tとの対応関係に基づいて、触媒温度Tを推定することが可能である。ここで演算された触媒温度Tの情報は、短周期制御部5及び回復制御部6に伝達される。   The catalyst temperature calculation unit 2 estimates the catalyst temperature T of the NOx trap catalyst 9 based on the information of the exhaust gas temperature G detected by the exhaust gas temperature sensor 16. The exhaust temperature G detected by the exhaust temperature sensor 16 corresponds to the temperature of the gas flowing into the NOx trap catalyst 9. Therefore, the catalyst temperature T can be estimated based on the correspondence relationship between the exhaust gas temperature G and the catalyst temperature T. Information on the catalyst temperature T calculated here is transmitted to the short cycle control unit 5 and the recovery control unit 6.

なお、具体的な触媒温度Tの推定手法は任意であり、例えばNOxトラップ触媒9の下流側に温度センサーを設け、その温度センサーでの検出結果に基づいて触媒温度Tを推定することも可能である。あるいは、エンジン10の運転状態(燃料噴射量,エンジン回転速度,排気流量,吸気流量,エンジン負荷,外気温,機関温度等)に基づいて排気温度Gを推定し、これに基づいてNOxトラップ触媒9の触媒温度Tを推定してもよい。   A specific method for estimating the catalyst temperature T is arbitrary. For example, a temperature sensor may be provided on the downstream side of the NOx trap catalyst 9, and the catalyst temperature T may be estimated based on the detection result of the temperature sensor. is there. Alternatively, the exhaust temperature G is estimated based on the operating state of the engine 10 (fuel injection amount, engine rotation speed, exhaust flow rate, intake flow rate, engine load, outside air temperature, engine temperature, etc.), and the NOx trap catalyst 9 is based on this. The catalyst temperature T may be estimated.

浄化率演算部3は、NOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eを演算するものである。ここでは、二種類の演算手法を例示する。
第一の手法は、NOxセンサー17で検出された排気中のNOx濃度に基づいてNOx浄化率Eを演算するものである。この場合、まずNOxセンサー17の検出情報からNOxトラップ触媒9に流入する排気中のNOx濃度推定値が演算される。続いて、このNOx濃度推定値とNOxセンサー17で検出されたNOx濃度との濃度差に相当するNOxがNOxトラップ触媒9で浄化されたものとみなされ、NOx濃度推定値に対する濃度差の割合がNOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eとして演算される。
The purification rate calculation unit 3 calculates the NOx purification rate E of the NOx trap catalyst 9. Here, two types of calculation methods are illustrated.
The first method is to calculate the NOx purification rate E based on the NOx concentration in the exhaust gas detected by the NOx sensor 17. In this case, first, an estimated value of NOx concentration in the exhaust gas flowing into the NOx trap catalyst 9 is calculated from the detection information of the NOx sensor 17. Subsequently, NOx corresponding to the concentration difference between the NOx concentration estimated value and the NOx concentration detected by the NOx sensor 17 is considered to have been purified by the NOx trap catalyst 9, and the ratio of the concentration difference to the NOx concentration estimated value is Calculated as the NOx purification rate E of the NOx trap catalyst 9.

第二の手法は、制御の実施時間に基づいてNOx浄化率Eを推定するものである。図9(b)に示すように、短周期NOxパージ制御の継続実施時間とNOx浄化率Eとの間には負の相関が認められる。このような相関に基づいて、短周期NOxパージ制御の累積実施時間AからNOx浄化率Eが演算される。同様に、回復制御の継続時間とNOx浄化率Eとの間の相関を利用して、回復制御の累積実施時間BからNOx浄化率Eを演算することも可能である。ここで演算されたNOx浄化率Eの情報は、回復制御部6に伝達される。   The second method estimates the NOx purification rate E based on the control execution time. As shown in FIG. 9B, a negative correlation is observed between the continuous execution time of the short cycle NOx purge control and the NOx purification rate E. Based on such correlation, the NOx purification rate E is calculated from the cumulative execution time A of the short-cycle NOx purge control. Similarly, the NOx purification rate E can be calculated from the cumulative execution time B of the recovery control using the correlation between the duration of the recovery control and the NOx purification rate E. Information on the NOx purification rate E calculated here is transmitted to the recovery control unit 6.

通常制御部4(通常制御手段)は、通常NOxパージ制御を実施するものである。ここでは、エンジン10の稼働時であって、短周期NOxパージ制御や回復制御が実施されていないときに、通常NOxパージ制御が実施される。通常制御部4は、例えばNOxトラップ触媒9の触媒温度Tが所定温度TTH以下であるときに通常NOxパージ制御を実施する。あるいは、NOxトラップ触媒9に流入する排気温度Gが所定温度GTH以下であるときに、通常NOxパージ制御を実施する。 The normal control unit 4 (normal control means) performs normal NOx purge control. Here, the normal NOx purge control is performed when the engine 10 is in operation and the short-cycle NOx purge control and the recovery control are not performed. The normal control unit 4 performs normal NOx purge control when, for example, the catalyst temperature T of the NOx trap catalyst 9 is equal to or lower than a predetermined temperature TTH . Alternatively, when the exhaust gas temperature G flowing into the NOx trap catalyst 9 is equal to or lower than the predetermined temperature GTH , the normal NOx purge control is performed.

ここでいう所定温度TTH,GTHとは、NOxトラップ触媒9でのNOx吸蔵作用が低下した状態であるか否かを判断するための閾値であり、例えば400〜650[℃]の範囲内で任意に設定される。例えば、NOxトラップ触媒9の吸蔵材へのNOx吸蔵率が所定率未満となる最小温度を所定温度TTH,GTHとしてもよいし、NOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eが所定浄化率ETH未満となる最小温度を所定温度TTH,GTHとしてもよい。 The predetermined temperatures T TH and G TH here are threshold values for determining whether or not the NOx occlusion action in the NOx trap catalyst 9 is in a lowered state, for example within a range of 400 to 650 [° C.]. Is set arbitrarily. For example, the minimum temperature at which the NOx occlusion rate of the NOx trap catalyst 9 to the occlusion material is less than a predetermined rate may be set as the predetermined temperatures T TH and G TH , and the NOx purification rate E of the NOx trap catalyst 9 is the predetermined purification rate E TH. The minimum temperature that is less than the predetermined temperature may be the predetermined temperatures T TH and G TH .

通常制御部4による排気管内インジェクター7の駆動手法は、PWM制御である。通常制御部4は、NOxトラップ触媒9に流入する排気の空燃比を目標空燃比にするための駆動信号を生成し、それを排気管内インジェクター7に出力する。   The driving method of the exhaust pipe injector 7 by the normal control unit 4 is PWM control. The normal control unit 4 generates a drive signal for setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx trap catalyst 9 to the target air-fuel ratio, and outputs it to the in-pipe injector 7.

この駆動信号のデューティー比は、リッチ期間R0の目標空燃比AF2に応じた値に設定される。したがって、平均目標空燃比やリッチ期間R0の目標空燃比AF2が変更された場合には、駆動信号のパルス幅が増減方向に調整される。例えば、図3(b)中に実線で示すリッチ期間R0の目標空燃比AF2がリッチ方向に変更され、破線で示す所定値AF3とされたとする。このとき、通常制御部4は図3(a)に実線で示す状態から破線で示す状態へと駆動信号のパルス幅を増加させて、要求されている燃料噴射量を確保するような制御を実施する。したがって、通常NOxパージ制御時のリッチ期間R0は、原則的にはその時点での目標空燃比AF2の大きさに関わらず(目標空燃比AF2が変動しても)一定とされる。 The duty ratio of the drive signal is set to a value corresponding to the target air-fuel ratio AF 2 rich period R 0. Therefore, when the target air-fuel ratio AF 2 of the average target air-fuel ratio or rich period R 0 is changed, the pulse width of the drive signal is adjusted to increase or decrease direction. For example, the target air-fuel ratio AF 2 rich period R 0 shown by a solid line in FIG. 3 (b) is changed to a rich direction, and is a predetermined value AF 3 indicated by broken lines. At this time, the normal control unit 4 increases the pulse width of the drive signal from the state indicated by the solid line to the state indicated by the broken line in FIG. 3A, and performs control to ensure the required fuel injection amount. To do. Therefore, the rich period R 0 during normal NOx purge control is basically constant regardless of the target air-fuel ratio AF 2 at that time (even if the target air-fuel ratio AF 2 varies).

短周期制御部5(短周期制御手段)は、短周期NOxパージ制御を実施するものである。ここでは、NOxトラップ触媒9の触媒温度Tや排気温度Gが所定温度TTH,GTHを超える温度領域(すなわち、NOx吸蔵率が所定率未満となる触媒温度領域)にあるときに、短周期NOxパージ制御が実施される。 The short cycle control unit 5 (short cycle control means) performs short cycle NOx purge control. Here, when the catalyst temperature T or the exhaust gas temperature G of the NOx trap catalyst 9 is in a temperature range exceeding the predetermined temperatures T TH and G TH (that is, the catalyst temperature range where the NOx occlusion rate is less than the predetermined rate), the short period NOx purge control is implemented.

上記の通り、所定温度TTH,GTHの設定手法は任意であるが、通常NOxパージ制御を実施したときのNOx浄化率Eと短周期NOxパージ制御を実施したときのNOx浄化率Eとに基づいて所定温度TTH,GTHを設定してもよい。図4(a)中の実線は、短周期NOxパージ制御を実施したときのNOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eと触媒温度Tとの関係を示すグラフであり、破線は通常NOxパージ制御時のNOx浄化率Eと触媒温度Tとの関係を示すグラフである。また、図中の温度T0は、NOxトラップ触媒9の吸蔵材上に吸蔵されている硝酸塩の分解温度である。図4(a)に記載された触媒温度Tを排気温度Gに置き換えた場合にも、NOxトラップ触媒9は同様の温度依存特性を示す。 As described above, the method of setting the predetermined temperatures T TH and G TH is arbitrary, but the NOx purification rate E when the normal NOx purge control is performed and the NOx purification rate E when the short-cycle NOx purge control is performed Based on this, the predetermined temperatures T TH and G TH may be set. The solid line in FIG. 4 (a) is a graph showing the relationship between the NOx purification rate E of the NOx trap catalyst 9 and the catalyst temperature T when the short-cycle NOx purge control is performed, and the broken line is the normal NOx purge control time. 3 is a graph showing the relationship between NOx purification rate E and catalyst temperature T. Further, the temperature T 0 in the figure is the decomposition temperature of nitrate stored on the storage material of the NOx trap catalyst 9. Even when the catalyst temperature T described in FIG. 4A is replaced with the exhaust gas temperature G, the NOx trap catalyst 9 exhibits the same temperature-dependent characteristics.

例えば、吸蔵材としてバリウムが担持されたNOxトラップ触媒9の場合には、硝酸バリウム〔Ba(NO3)2〕の分解温度(融点)である約592[℃]が温度T0に相当する。硝酸バリウムは、触媒温度Tが温度T0以上の領域ではNOxトラップ触媒9に吸蔵しえず、また、温度T0未満の領域においても触媒温度Tが温度T0に近いほど吸蔵率が低下する。そのため、通常NOxパージ制御では、触媒温度Tが高温なほどNOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eは低下する。 For example, in the case of the NOx trap catalyst 9 in which barium is supported as an occlusion material, about 592 [° C.], which is the decomposition temperature (melting point) of barium nitrate [Ba (NO 3 ) 2 ], corresponds to the temperature T 0 . Barium nitrate, the catalyst temperature T is stored in the NOx trap catalyst 9 at a temperature T 0 or more areas Shiezu and the higher adsorption rate decreases near the catalyst temperature T is a temperature T 0 even in a region lower than the temperature T 0 . Therefore, in the normal NOx purge control, the NOx purification rate E of the NOx trap catalyst 9 decreases as the catalyst temperature T increases.

一方、短周期NOxパージ制御では、NOxの吸蔵作用だけでなく吸着作用が利用され、短時間の周期でNOxの保持とその還元とが繰り返される。これにより、触媒温度Tが温度T0以上の領域においてもNOxが還元され、高いNOx浄化率Eが得られる。したがって、実線と破線との交点となる温度T1を所定温度TTH,GTHにすることで、何れの制御を実施した場合であっても、NOx浄化率Eを図4(a)中の所定浄化率E1以上に維持することが可能となる。 On the other hand, in the short-cycle NOx purge control, not only the NOx occlusion action but also the adsorption action is used, and NOx retention and reduction are repeated in a short period. Thus, NOx is reduced even in the region where the catalyst temperature T is equal to or higher than the temperature T 0 , and a high NOx purification rate E is obtained. Therefore, by setting the temperature T 1 of which is a point of intersection between the solid line and the broken line to a predetermined temperature T TH, G TH, even when carried out any control, the NOx purification rate E FIGS. 4 (a) in the It becomes possible to maintain the purification rate E 1 or more.

同様に、通常NOxパージ制御を実施したときにNOxセンサー17で検出された排気中のNOx濃度と、短周期NOxパージ制御時のNOx濃度とに基づいて、所定温度TTH,GTHを設定してもよい。図4(b)中の実線は、短周期NOxパージ制御を実施したときのNOx濃度と触媒温度Tとの関係を示すグラフであり、破線は通常NOxパージ制御時のNOx濃度と触媒温度Tとの関係を示すグラフである。これらの実線と破線との交点となる温度T2を所定温度TTH,GTHにすることで、何れの制御を実施した場合であっても、NOx濃度を図4(b)中の所定濃度Y1以下の範囲内に維持することが可能となる。あるいは、要求されるNOx濃度の排出レベルが所定濃度Y2であるときに、通常NOxパージ制御でのNOx濃度が所定濃度Y2を超える温度T3を所定温度TTH,GTHに設定してもよい。 Similarly, predetermined temperatures T TH and G TH are set based on the NOx concentration in the exhaust detected by the NOx sensor 17 when the normal NOx purge control is performed and the NOx concentration during the short-cycle NOx purge control. May be. The solid line in FIG. 4B is a graph showing the relationship between the NOx concentration and the catalyst temperature T when the short-cycle NOx purge control is performed, and the broken line shows the NOx concentration and the catalyst temperature T during the normal NOx purge control. It is a graph which shows the relationship. Regardless of which control is performed by setting the temperature T 2 at the intersection of the solid line and the broken line to the predetermined temperatures T TH and G TH , the NOx concentration is the predetermined concentration in FIG. 4B. Y can be maintained within the range of 1 or less. Alternatively, when the discharge level of the required NOx concentration is a predetermined concentration Y 2, and the NOx concentration in the normal NOx purge control to set the temperature T 3 exceeding a predetermined concentration Y 2 given temperature T TH, the G TH Also good.

短周期制御部5による排気管内インジェクター7の駆動手法は、単発制御である。短周期制御部5は、短周期NOxパージ制御のリッチ期間R1と同一長さのパルス幅C1を持つ駆動信号を生成し、これを排気管内インジェクター7に出力する。この駆動信号は、PWM制御におけるデューティー比が100[%]の駆動信号に相当する。 The driving method of the in-pipe injector 7 by the short cycle control unit 5 is single control. The short cycle control unit 5 generates a drive signal having a pulse width C 1 having the same length as the rich period R 1 of short cycle NOx purge control, and outputs this to the injector 7 in the exhaust pipe. This drive signal corresponds to a drive signal having a duty ratio of 100 [%] in PWM control.

短周期NOxパージ制御のリッチ期間R1は、その時点での目標空燃比に応じた長さに設定される。したがって、平均目標空燃比やリッチ期間R1の目標空燃比AF2が変更された場合には、リッチ期間R1自体の長さが増減方向に調整される。例えば、目標空燃比AF2がリッチ方向に変更されたときには、リッチ期間R1及びリーン期間L1を合計した一周期分の時間で排気管内に供給すべき還元剤の増加量が演算され、その増加量に対応するようにリッチ期間R1が延長される。つまり、図3(c)中に実線で示すリッチ期間R1が延長されて、破線で示すリッチ期間R1′となる。 Rich period R 1 short period NOx purge control is set to a length corresponding to the target air-fuel ratio at that time. Therefore, when the target air-fuel ratio AF 2 of the average target air-fuel ratio or rich period R 1 is changed, the length of the rich period R 1 itself is adjusted to increase or decrease direction. For example, when the target air-fuel ratio AF 2 is changed in the rich direction, the increase amount of the reducing agent to be supplied into the exhaust pipe is calculated in a time corresponding to the total of the rich period R 1 and the lean period L 1. rich period R 1 is extended so as to correspond to the increase. That is, the rich period R 1 indicated by a solid line in FIG. 3C is extended to become a rich period R 1 ′ indicated by a broken line.

回復制御部6(回復制御手段)は、短周期NOxパージ制御の実施中にNOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eが所定浄化率ETH未満まで低下した場合に、短周期NOxパージ制御に代えて回復制御を実施するものである。つまり、回復制御は、NOxトラップ触媒9の触媒温度Tが所定温度TTHを超えた状態で、NOx浄化率Eが所定浄化率ETH未満のときに実施される。言い換えると、短周期NOxパージ制御は、NOxトラップ触媒9の触媒温度Tが所定温度TTHを超えた状態で、NOx浄化率Eが所定浄化率ETH以上のときに実施される。なお、NOx浄化率Eが回復した場合には回復制御が終了し、その後の触媒温度Tに応じて通常NOxパージ制御,短周期NOxパージ制御の何れか一方が実施されることになる。 The recovery control unit 6 (recovery control means) replaces the short cycle NOx purge control when the NOx purification rate E of the NOx trap catalyst 9 falls below a predetermined purification rate ETH during the execution of the short cycle NOx purge control. Recovery control is performed. That is, the recovery control in a state where the catalyst temperature T of the NOx trap catalyst 9 exceeds a predetermined temperature T TH, NOx purification rate E is performed when less than the predetermined purification rate E TH. In other words, the short-cycle NOx purge control in a state where the catalyst temperature T of the NOx trap catalyst 9 exceeds a predetermined temperature T TH, NOx purification rate E is performed when more than a predetermined purification rate E TH. When the NOx purification rate E recovers, the recovery control ends, and either normal NOx purge control or short cycle NOx purge control is performed according to the subsequent catalyst temperature T.

また、回復制御部6は、触媒温度T又は排気温度Gに応じて回復制御のリーン期間L2を設定する。ここでは例えば、触媒温度Tが触媒の耐熱温度TMAX(ただしTTH<TMAX)に達することがないように、触媒温度Tが高温であるほどリーン期間L2が延長され、触媒温度Tが低温であるほどリーン期間L2が短縮される。これにより、回復制御中の触媒温度Tが所定温度TTHから耐熱温度TMAXまでの範囲内に維持される。 Further, recovery control section 6 sets the lean period L 2 of the recovery control in accordance with the catalyst temperature T or the exhaust temperature G. Here, for example, the lean period L 2 is extended as the catalyst temperature T increases so that the catalyst temperature T does not reach the heat-resistant temperature T MAX of the catalyst (where T TH <T MAX ), and the catalyst temperature T lean period L 2 is shortened as is at a low temperature. Accordingly, the catalyst temperature T during recovery control is maintained within the range from the predetermined temperature T TH to heat the temperature T MAX.

なお、回復制御を開始するためのNOx浄化率Eの閾値と、回復制御を終了するためのNOx浄化率Eの閾値とを相違させて、制御上のハンチングを抑制してもよい。例えば、前者の閾値ETH1を後者の閾値ETH2よりも小さく設定する(ETH1<ETH2)ことが考えられる。このような制御構成により、短周期NOxパージ制御,回復制御の制御安定性が向上する。 Note that control hunting may be suppressed by making the threshold of the NOx purification rate E for starting the recovery control different from the threshold of the NOx purification rate E for ending the recovery control. For example, the former threshold value E TH1 may be set smaller than the latter threshold value E TH2 (E TH1 <E TH2 ). With such a control configuration, the control stability of short cycle NOx purge control and recovery control is improved.

回復制御部6による排気管内インジェクター7の駆動手法は、通常制御部4と同様、PWM制御である。回復制御部6は、NOxトラップ触媒9に流入する排気の空燃比を目標空燃比にするための駆動信号を生成し、それを排気管内インジェクター7に出力する。駆動信号のデューティー比は、リッチ期間R2の目標空燃比AF2に応じた値に設定される。したがって、平均目標空燃比やリッチ期間R2の目標空燃比AF2が変更された場合には、図3(a),(b)に示すように、駆動信号のパルス幅が増減方向に調整される。 The driving method of the exhaust pipe injector 7 by the recovery control unit 6 is PWM control as in the normal control unit 4. The recovery control unit 6 generates a drive signal for making the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx trap catalyst 9 the target air-fuel ratio, and outputs it to the in-pipe injector 7. Duty ratio of the driving signal is set to a value corresponding to the target air-fuel ratio AF 2 rich period R 2. Therefore, when the target air-fuel ratio AF 2 of the average target air-fuel ratio or rich period R 2 is changed, as shown in FIG. 3 (a), (b) , the pulse width of the drive signal is adjusted to increase or decrease direction The

[4.フローチャート]
図5,図6はそれぞれ、制御装置1で実施される通常NOxパージ制御,短周期NOxパージ制御及び回復制御の実施条件の判定に係る手順を例示するフローチャートである。これらのフローは、予め設定された所定周期(例えば、数秒以下のサイクル)で繰り返し実施される。
[4. flowchart]
FIGS. 5 and 6 are flowcharts illustrating procedures related to determination of execution conditions for normal NOx purge control, short-cycle NOx purge control, and recovery control performed by the control device 1, respectively. These flows are repeatedly executed at a predetermined cycle (for example, a cycle of several seconds or less) set in advance.

[4−1.NOx浄化率の推定値に基づく回復]
図5は、NOxセンサー17で検出されたNOx濃度に基づいて演算されたNOx浄化率Eを用いて、回復制御の実施条件を判定する場合のフローチャートである。本フロー中の記号Fは回復制御の実施フラグであり、回復制御の実施中にF=1に設定され、非実施中にF=0に設定されるものである。フラグFの初期値はF=0である。
[4-1. Recovery based on estimated NOx purification rate]
FIG. 5 is a flowchart for determining the recovery control execution condition using the NOx purification rate E calculated based on the NOx concentration detected by the NOx sensor 17. Symbol F in this flow is a recovery control execution flag, which is set to F = 1 during the execution of the recovery control and set to F = 0 during the non-execution. The initial value of the flag F is F = 0.

ステップA10では、排気温度センサー16で検出された排気温度Gが制御装置に入力される。この排気温度Gは、NOxトラップ触媒9に流入する排気の温度である。また、続くステップA20では、浄化率演算部3において、NOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eが演算される。ここでは、NOxセンサー17で検出された排気中のNOx濃度に基づいてNOx浄化率Eが演算される。   In step A10, the exhaust gas temperature G detected by the exhaust gas temperature sensor 16 is input to the control device. This exhaust temperature G is the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx trap catalyst 9. Further, in the subsequent step A20, the NOx purification rate E of the NOx trap catalyst 9 is calculated in the purification rate calculation unit 3. Here, the NOx purification rate E is calculated based on the NOx concentration in the exhaust gas detected by the NOx sensor 17.

ステップA30では、ステップA10で入力された排気温度Gが所定温度GTHを超えているか否かが判定される。つまりこのステップでは、NOxトラップ触媒9のNOx吸蔵率が所定率未満となるような温度領域にあるか否かが判断される。ここで、不等式「排気温度G>所定温度GTH」が成立する場合にはステップA40へ進み、不成立の場合にはステップA70に進む。 In step A30, it is determined whether or not the exhaust gas temperature G input in step A10 exceeds a predetermined temperature GTH . That is, in this step, it is determined whether or not the NOx occlusion rate of the NOx trap catalyst 9 is in a temperature region that is less than a predetermined rate. If the inequality “exhaust temperature G> predetermined temperature G TH ” is satisfied, the process proceeds to step A40, and if not, the process proceeds to step A70.

ステップA70では、通常制御部4において、通常NOxパージ制御が実施され、この周期での制御が終了する。したがって、排気温度Gが所定温度GTH以下のときには、短周期NOxパージ制御や回復制御が実施されることはなく、通常NOxパージ制御が継続される。
この通常NOxパージ制御では、一回のリッチ期間R0での噴射回数が複数回にわたるように排気管内インジェクター7が制御される。これにより、リッチ期間R0の平均空燃比が精度よく制御され、NOxの吸蔵作用と還元作用とが適切に繰り返される。
In step A70, the normal control unit 4 performs normal NOx purge control, and the control in this cycle ends. Therefore, when the exhaust gas temperature G is equal to or lower than the predetermined temperature GTH , the short cycle NOx purge control and the recovery control are not performed, and the normal NOx purge control is continued.
In this normal NOx purge control, the exhaust pipe injector 7 is controlled such that the number of injections in one rich period R0 is plural. Thereby, the average air-fuel ratio in the rich period R 0 is accurately controlled, and the NOx occlusion action and the reduction action are appropriately repeated.

一方、ステップA40では、フラグFがF=0であるか否かが判定される。ここで、回復制御の実施中でないとき(F=0であるとき)にはステップA50に進み、回復制御の実施中(F=1であるとき)にはステップA60に進む。
ステップA50では、ステップA20で演算されたNOx浄化率Eが閾値ETH1を超えているか否かが判定される。ここで不等式「NOx浄化率E>閾値ETH1」が成立する場合には、短周期NOxパージ制御でのNOx浄化率Eがまだ十分に高いものと判断され、ステップA80に進む。また、不等式「NOx浄化率E>閾値ETH1」が成立しない場合には、ステップA100に進む。
On the other hand, in step A40, it is determined whether or not the flag F is F = 0. Here, when the recovery control is not being performed (when F = 0), the process proceeds to step A50, and when the recovery control is being performed (when F = 1), the process proceeds to step A60.
In step A50, it is determined whether or not the NOx purification rate E calculated in step A20 exceeds a threshold value ETH1 . Here, when the inequality “NOx purification rate E> threshold E TH1 ” is satisfied, it is determined that the NOx purification rate E in the short cycle NOx purge control is still sufficiently high, and the process proceeds to Step A80. If the inequality “NOx purification rate E> threshold E TH1 ” is not satisfied, the process proceeds to step A100.

ステップA80では、回復制御の実施条件が成立しないことからフラグFがF=0に設定される。また、続くステップA90では、短周期制御部5において短周期NOxパージ制御が実施され、この周期での制御が終了する。排気温度Gが所定温度GTHを超えるときには、NOx浄化率Eが閾値ETH1を超えている限り、短周期NOxパージ制御が継続される。
短周期NOxパージ制御では、一回のリッチ期間R1で噴射回数が一回となるように排気管内インジェクター7の開弁時間が制御される。これにより、リッチ期間R1中の瞬時空燃比が相対的にリッチ化され、活性還元剤の生成が促進される。
In step A80, since the condition for executing the recovery control is not satisfied, the flag F is set to F = 0. Further, in the subsequent step A90, the short cycle NOx purge control is performed in the short cycle control unit 5, and the control in this cycle is finished. When the exhaust temperature G exceeds a predetermined temperature G TH as long as the NOx purification ratio E exceeds the threshold value E TH1, control short period NOx purge is continued.
In the short cycle NOx purge control, the valve opening time of the injector 7 in the exhaust pipe is controlled so that the number of injections becomes one in one rich period R1. As a result, the instantaneous air-fuel ratio during the rich period R 1 is relatively enriched, and the generation of the active reducing agent is promoted.

短周期NOxパージ制御を継続すると、図9(b)に示すように、NOx浄化率Eが低下する。NOx浄化率Eが閾値ETH1以下まで低下すると、ステップA50で不等式「NOx浄化率E>閾値ETH1」が不成立となり、ステップA100に進む。ステップA100では、回復制御部6において、排気温度Gに応じたリーン期間L2が設定される。また、これに続くステップA110でフラグFがF=1に設定され、ステップA120で回復制御が実施されてこの周期での制御が終了する。つまり、排気温度Gが所定温度GTHを超えており、かつ、NOx浄化率Eが閾値ETH1以下になると、回復制御が実施される。これにより、NOx浄化率Eが回復することになる。 When the short cycle NOx purge control is continued, the NOx purification rate E decreases as shown in FIG. When the NOx purification rate E decreases to the threshold value E TH1 or less, the inequality “NOx purification rate E> threshold value E TH1 ” is not established in step A50, and the process proceeds to step A100. At step A100, the recovery control section 6, the lean period L 2 in accordance with the exhaust temperature G is set. In step A110, the flag F is set to F = 1. In step A120, the recovery control is performed, and the control in this cycle ends. That is, when the exhaust gas temperature G exceeds the predetermined temperature G TH and the NOx purification rate E becomes equal to or less than the threshold value E TH1 , recovery control is performed. As a result, the NOx purification rate E is recovered.

回復制御では、通常NOxパージ制御時と同様に、一回のリッチ期間R2での噴射回数が複数回にわたるように排気管内インジェクター7が制御される。これにより、リッチ期間R2の平均空燃比が精度よく制御され、NOxの還元作用が促進される。
次回以降の制御周期では、ステップA40からステップA60に進む。ステップA60では、ステップA20で演算されたNOx浄化率Eが閾値ETH2以下であるか否かが判定される。ここで不等式「NOx浄化率E≦閾値ETH2」が成立する場合には、まだNOx浄化率Eが十分に回復していないものと判断され、ステップA100に進む。
In recovery control, as in normal NOx purge control, injection frequency in one rich period R 2 is an exhaust pipe injector 7 is controlled to span multiple times. Thus, the average air-fuel ratio of the rich period R 2 is accurately controlled, reducing action of NOx is promoted.
In the control cycle after the next time, the process proceeds from step A40 to step A60. In Step A60, it is determined whether or not the NOx purification rate E calculated in Step A20 is equal to or less than a threshold value ETH2 . Here, when the inequality “NOx purification rate E ≦ threshold E TH2 ” is satisfied, it is determined that the NOx purification rate E has not sufficiently recovered yet, and the process proceeds to Step A100.

この場合、引き続き回復制御が実施されることになる。一方、不等式「NOx浄化率E≦閾値ETH2」が不成立になるとNOx浄化率Eが十分に回復したものと判断されてステップA80に進み、フラグFが再びF=0に設定されるとともに、ステップA90で短周期NOxパージ制御が再開される。 In this case, recovery control is continuously performed. On the other hand, when the inequality “NOx purification rate E ≦ threshold E TH2 ” is not established, it is determined that the NOx purification rate E has sufficiently recovered, the process proceeds to step A80, the flag F is set to F = 0 again, and the step In A90, the short cycle NOx purge control is resumed.

[4−2.制御時間に基づく回復]
図6は、短周期NOxパージ制御,回復制御のそれぞれの実施時間に基づいて判断されたNOx浄化率Eを用いて、これらの制御を切り換える場合のフローチャートである。本フロー中の記号A,Bはそれぞれ、短周期NOxパージ制御の累積実施時間,回復制御の累積実施時間に対応する変数であり、これらの初期値はともに0である。
[4-2. Recovery based on control time]
FIG. 6 is a flowchart for switching between these controls using the NOx purification rate E determined based on the execution times of the short-cycle NOx purge control and the recovery control. Symbols A and B in this flow are variables corresponding to the cumulative execution time of the short cycle NOx purge control and the cumulative execution time of the recovery control, respectively, and their initial values are both zero.

ステップB10では、排気温度センサー16で検出された排気温度Gが制御装置に入力される。また、続くステップB30では、前ステップで入力された排気温度Gが所定温度GTHを超えているか否かが判定される。ここで、不等式「排気温度G>所定温度GTH」が成立する場合にはステップB40へ進み、不成立の場合にはステップB50に進む。 In step B10, the exhaust gas temperature G detected by the exhaust gas temperature sensor 16 is input to the control device. In the following step B30, it is determined whether or not the exhaust gas temperature G input in the previous step exceeds a predetermined temperature GTH . If the inequality “exhaust temperature G> predetermined temperature G TH ” is satisfied, the process proceeds to step B40, and if not, the process proceeds to step B50.

ステップB50では、通常制御部4において、通常NOxパージ制御が実施される。また、続くステップB60では、累積実施時間A,BがともにA=0,B=0にリセットされて、この周期での制御が終了する。したがって、排気温度Gが所定温度GTH以下のときには、短周期NOxパージ制御や回復制御が実施されることはなく、通常NOxパージ制御が継続される。 In step B50, the normal control unit 4 performs normal NOx purge control. In the subsequent step B60, the accumulated execution times A and B are both reset to A = 0 and B = 0, and the control in this cycle ends. Therefore, when the exhaust gas temperature G is equal to or lower than the predetermined temperature GTH , the short cycle NOx purge control and the recovery control are not performed, and the normal NOx purge control is continued.

一方、ステップB40では、短周期NOxパージ制御の累積実施時間Aが所定時間ATH以下であるか否かが判定される。ここで、不等式「累積実施時間A≦所定時間ATH」が成立する場合には、短周期NOxパージ制御でのNOx浄化率Eがまだ十分に高いものと判断され、ステップB70に進む。 On the other hand, in step B40, it is determined whether or not the cumulative execution time A of the short cycle NOx purge control is equal to or shorter than the predetermined time ATH . Here, when the inequality “cumulative execution time A ≦ predetermined time A TH ” is satisfied, it is determined that the NOx purification rate E in the short-cycle NOx purge control is still sufficiently high, and the process proceeds to step B70.

ステップB70では、短周期制御部5において短周期NOxパージ制御が実施される。また、これに続くステップB80では、短周期NOxパージ制御の累積実施時間Aが演算されて、この周期での制御が終了する。ここでは、例えばその時点の累積実施時間Aに本フローチャートの演算周期に相当する時間を加算したものが、新たな累積実施時間Aとして演算される。したがって、短周期NOxパージ制御の実施中には累積実施時間Aが徐々に増加し、その値が所定時間ATHを超えた時点で制御がステップB40からステップB90へと進む。 In Step B70, short cycle NOx purge control is performed in the short cycle control unit 5. In the subsequent step B80, the cumulative execution time A of the short cycle NOx purge control is calculated, and the control in this cycle is completed. Here, for example, a value obtained by adding a time corresponding to the calculation cycle of this flowchart to the cumulative execution time A at that time is calculated as a new cumulative execution time A. Thus, during implementation of the short-cycle NOx purge control increased cumulative execution time A gradually, its value is controlled at the time exceeds the predetermined time A TH proceeds from step B40 to step B90.

ステップB90では、回復制御部6において、排気温度Gに応じたリーン期間L2が設定され、続くステップB100で回復制御が実施される。また、ステップB110では、回復制御の累積実施時間Bが演算される。ここでは、ステップB80と同様に、その時点での累積実施時間Bに本フローチャートの演算周期に相当する時間を加算したものが、新たな累積実施時間Bとして演算される。したがって、回復制御の実施中には累積実施時間Bが徐々に増加する。 In step B90, the recovery control section 6, the lean period L 2 in accordance with the exhaust temperature G is set, recovery control in the subsequent step B100 is executed. In step B110, the cumulative execution time B of the recovery control is calculated. Here, as in step B80, a value obtained by adding a time corresponding to the calculation cycle of this flowchart to the cumulative execution time B at that time is calculated as a new cumulative execution time B. Therefore, the cumulative execution time B gradually increases during the recovery control.

その後のステップB120では、累積実施時間Bが所定時間BTHを超えたか否かが判定される。ここで、不等式「累積実施時間B>所定時間BTH」が成立する場合にはステップB130に進み、不成立の場合にはそのままこの周期での制御が終了する。このように、短周期NOxパージ制御の実施時間が長引くと回復制御が開始され、排気温度Gが所定温度GTHを超えた状態でその累積実施時間Bが所定時間BTHを超えない限り、回復制御が継続される。 In subsequent step B120, it is determined whether or not the cumulative execution time B exceeds a predetermined time BTH . Here, if the inequality “cumulative execution time B> predetermined time B TH ” is satisfied, the process proceeds to step B130, and if it is not satisfied, the control in this cycle is terminated. As described above, when the execution time of the short-cycle NOx purge control is prolonged, the recovery control is started, and the recovery is performed unless the exhaust gas temperature G exceeds the predetermined temperature G TH and the cumulative execution time B does not exceed the predetermined time B TH. Control continues.

また、回復制御の累積実施時間Bが所定時間BTHを超えると、制御がステップB120からステップB130に進み、二つの累積実施時間A,Bがともにリセットされる。したがって、その後の演算周期でもまだ排気温度Gが所定温度GTHを超えた状態であれば、ステップB40からステップB70,B80に進み、短周期NOxパージ制御が再開される。 When the cumulative execution time B of the recovery control exceeds the predetermined time B TH , the control proceeds from step B120 to step B130, and the two cumulative execution times A and B are reset. Accordingly, if the exhaust gas temperature G still exceeds the predetermined temperature G TH in the subsequent calculation cycle, the process proceeds from step B40 to steps B70 and B80, and the short cycle NOx purge control is resumed.

[5.作用]
[5−1.車両走行時の制御作用]
車両走行時における上記の排気浄化装置の制御作用を説明する。図7(a)〜(e)は、NOx浄化率Eを用いて回復制御の実施条件を判定する(図5に示すフローチャートを実施する)排気浄化装置の制御作用を示すものである。
[5. Action]
[5-1. Control action during vehicle travel]
The control action of the exhaust emission control device during vehicle travel will be described. FIGS. 7A to 7E show the control action of the exhaust purification device that determines the execution condition of the recovery control using the NOx purification rate E (implementing the flowchart shown in FIG. 5).

図7(a)に示すように、時刻t0におけるNOxトラップ触媒9に流入する排気の排気温度Gは所定温度GTH以下であり、通常NOxパージ制御が実施される。通常NOxパージ制御では、図7(e)に示すように、目標空燃比がリッチ方向及びリーン方向に周期的に変化するように制御され、NOxトラップ触媒9へのNOx吸蔵操作とそのNOxの還元操作とが繰り返し実施される。通常NOxパージ制御で目標空燃比が振動する周期は、他の制御と比較して長周期である。 As shown in FIG. 7 (a), the exhaust temperature G of the exhaust gas flowing into the NOx trapping catalyst 9 at time t 0 is equal to or less than a predetermined temperature G TH, normal NOx purge control is performed. In the normal NOx purge control, as shown in FIG. 7E, the target air-fuel ratio is controlled to periodically change in the rich direction and the lean direction, and the NOx occlusion operation to the NOx trap catalyst 9 and the reduction of the NOx are performed. The operation is repeated. The cycle in which the target air-fuel ratio oscillates in the normal NOx purge control is longer than that in other controls.

通常NOxパージ制御中に排気温度Gが上昇して所定温度GTHに近づくと、NOxトラップ触媒9のNOx吸蔵作用が低下し、NOx浄化率Eが低下する。一方、時刻t1に排気温度Gが所定温度GTHを超えると、図7(b)に示すように短周期NOxパージ制御の実施条件が成立し、短周期制御部5で短周期NOxパージ制御が実施される。 When the exhaust gas temperature G rises during the normal NOx purge control and approaches the predetermined temperature GTH , the NOx occlusion action of the NOx trap catalyst 9 decreases and the NOx purification rate E decreases. On the other hand, when the exhaust gas temperature G exceeds the predetermined temperature G TH at time t 1 , the execution condition of the short cycle NOx purge control is established as shown in FIG. 7B, and the short cycle control unit 5 performs the short cycle NOx purge control. Is implemented.

短周期NOxパージ制御では、図7(e)に示すように、目標空燃比が通常NOxパージ制御よりも短周期で変化するように制御される。これにより、NOxトラップ触媒9に吸着したNOxが少量単位で浄化される。また、短周期NOxパージ制御では、一回のリッチ期間R1で噴射回数が一回となるように排気管内インジェクター7の開弁時間が制御される。これにより、リッチ期間R1中の瞬時空燃比が相対的にリッチ化され、活性還元剤の生成が促進される。したがって、通常NOxパージ制御時と同等の良好なNOx浄化率Eが維持される。 In the short cycle NOx purge control, as shown in FIG. 7E, the target air-fuel ratio is controlled to change in a shorter cycle than the normal NOx purge control. Thereby, NOx adsorbed on the NOx trap catalyst 9 is purified in small units. In the short cycle NOx purge control, the valve opening time of the in-pipe injector 7 is controlled so that the number of injections is one in one rich period R1. As a result, the instantaneous air-fuel ratio during the rich period R 1 is relatively enriched, and the generation of the active reducing agent is promoted. Therefore, a good NOx purification rate E equivalent to that during normal NOx purge control is maintained.

短周期NOxパージ制御を長時間継続すると、図9(b)に示すように、NOx浄化率Eが低下する。時刻t2にNOx浄化率Eが閾値ETH1以下になると回復制御の実施条件が成立し、図7(d)に示すように、実施フラグFがF=1に設定されて、回復制御部6で回復制御が実施される。 When the short cycle NOx purge control is continued for a long time, the NOx purification rate E decreases as shown in FIG. Execution condition of the recovery control NOx purification ratio E becomes equal to or less than the threshold E TH1 is satisfied time t 2, the as shown in FIG. 7 (d), execution flag F is set to F = 1, the recovery control section 6 Recovery control is performed at

回復制御では、図7(e)に示すように、短周期NOxパージ制御よりもリッチ期間が延長されるとともに、平均酸素濃度が1.0[%]以下となるように平均目標空燃比が制御される。これにより、NOxトラップ触媒9の近傍の雰囲気が還元雰囲気に維持され、図7(c)に示すようにNOxトラップ触媒9でのNOx浄化率Eが回復する。
時刻t3にNOx浄化率Eが閾値ETH2を超えるまで回復すると、回復制御の実施条件が不成立となり、実施フラグFがF=0に設定される。このとき、短周期NOxパージ制御の実施条件が再び成立し、短周期制御部5で短周期NOxパージ制御が実施される。
In the recovery control, as shown in FIG. 7 (e), the rich target period is extended as compared with the short-cycle NOx purge control, and the average target air-fuel ratio is controlled so that the average oxygen concentration is 1.0 [%] or less. . As a result, the atmosphere in the vicinity of the NOx trap catalyst 9 is maintained in a reducing atmosphere, and the NOx purification rate E in the NOx trap catalyst 9 is recovered as shown in FIG.
When NOx purification rate E is restored to greater than the threshold value E TH2 at the time t 3, execution conditions of the recovery control is not satisfied, execution flag F is set to F = 0. At this time, the execution condition of the short cycle NOx purge control is satisfied again, and the short cycle control unit 5 performs the short cycle NOx purge control.

その後も、短周期NOxパージ制御の実施中にNOx浄化率Eが閾値ETH1以下になると(時刻t4)その都度回復制御が実施され、NOx浄化率Eが閾値ETH2を超えるまで回復すると(時刻t5)短周期NOxパージ制御が再開される。このように、回復制御は、NOx浄化率Eの低下時に短周期NOxパージ制御の合間に挿入されて実施される。したがって、図7(c)に示すように、NOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eが高いレベルで維持される。また、回復制御のリーン期間L2は排気温度Gが高いほど延長されるため、図7(a)に示すように、NOxトラップ触媒9に流入する排気温度Gもほぼ一定のレベルに保持され、過昇温が抑制される。 Thereafter, when the NOx purification rate E becomes equal to or less than the threshold value E TH1 during the execution of the short-cycle NOx purge control (time t 4 ), the recovery control is performed each time, and when the NOx purification rate E recovers until it exceeds the threshold value E TH2 ( Time t 5 ) Short cycle NOx purge control is resumed. In this way, the recovery control is performed by being inserted between the short cycle NOx purge control when the NOx purification rate E is reduced. Therefore, as shown in FIG. 7C, the NOx purification rate E of the NOx trap catalyst 9 is maintained at a high level. Further, since the lean period L 2 of the recovery control is extended higher exhaust temperature G, as shown in FIG. 7 (a), exhaust gas temperature G flowing into the NOx trapping catalyst 9 is also held substantially constant level, Overheating is suppressed.

また、排気温度Gが所定温度GTH以下となった時刻t6には、短周期NOxパージ制御及び回復制御の実施条件が不成立となり、図7(e)に示すように通常NOxパージ制御が実施される。このとき、排気熱によって弱められていたNOxトラップ触媒9のNOx吸蔵作用が回復するため、NOxトラップ触媒9へのNOx吸蔵操作とそのNOxの還元操作とが適切に繰り返し実施され、排気中のNOxが浄化される。 Further, at time t 6 the exhaust temperature G is equal to or lower than the predetermined temperature G TH, implementation conditions of short-cycle NOx purge control and recovery control is not satisfied, the normal NOx purge control as shown in FIG. 7 (e) carried out Is done. At this time, since the NOx occlusion action of the NOx trap catalyst 9 that has been weakened by the exhaust heat is restored, the NOx occlusion operation to the NOx trap catalyst 9 and the NOx reduction operation are appropriately repeated, and the NOx in the exhaust gas is exhausted. Is purified.

[5−2.インジェクター駆動方式による作用]
排気管内インジェクター7の駆動方式とその効果の違いについての試験結果を図8(a)〜(c)に示す。図中の太実線は、PWM制御により燃料噴射を実施したものに対応する。また、他の細実線,破線,一点鎖線は、単発制御で燃料噴射したものを駆動周波数の高い順に並べたものである。何れのグラフも、平均空燃比がリーンとなる領域での結果を示している。
[5-2. Action by injector drive system]
FIG. 8A to FIG. 8C show test results regarding the driving method of the injector 7 in the exhaust pipe and the difference in its effect. The thick solid line in the figure corresponds to the fuel injected by PWM control. The other thin solid line, broken line, and alternate long and short dash line are obtained by arranging fuel injections by single-shot control in descending order of drive frequency. Both graphs show results in a region where the average air-fuel ratio becomes lean.

図8(a)は単位時間あたりの燃料噴射量と平均空燃比との関係を示す。この図8(a)は、平均空燃比と燃料噴射量との間の相関関係が、排気管内インジェクター7の駆動方式や駆動周波数に関わらず一定であることを示している。また、図8(b)も触媒温度Tに関して同様のことを示しており、触媒温度Tと燃料噴射量との間の相関関係は、排気管内インジェクター7の駆動方式や駆動周波数に影響されない。   FIG. 8A shows the relationship between the fuel injection amount per unit time and the average air-fuel ratio. FIG. 8A shows that the correlation between the average air-fuel ratio and the fuel injection amount is constant regardless of the drive method and drive frequency of the in-pipe injector 7. FIG. 8B also shows the same regarding the catalyst temperature T, and the correlation between the catalyst temperature T and the fuel injection amount is not affected by the drive method and drive frequency of the injector 7 in the exhaust pipe.

これに対してNOx浄化率Eは、図8(c)に示すように、燃料噴射量が比較的少ない(平均リーンの傾向が強い)領域においてPWM制御よりも単発制御の方が優秀であり、高いNOx浄化率Eが得られることがわかる。単発制御では、排気管内インジェクター7からNOxトラップ触媒9に至る経路上でのガスミキシングが抑制され、リッチ期間R1中の瞬時空燃比が相対的にリッチ化される。これにより、炭化水素の部分酸化が促進され、燃費を同一としたPWM制御よりもNOx浄化率Eが大幅に向上する。 On the other hand, as shown in FIG. 8C, the NOx purification rate E is superior to the single-shot control over the PWM control in the region where the fuel injection amount is relatively small (average lean tendency is strong). It can be seen that a high NOx purification rate E can be obtained. In the single control, gas mixing on the path from the exhaust pipe injector 7 to the NOx trap catalyst 9 is suppressed, and the instantaneous air-fuel ratio during the rich period R 1 is relatively enriched. As a result, partial oxidation of hydrocarbons is promoted, and the NOx purification rate E is significantly improved as compared with PWM control with the same fuel consumption.

また、図8(c)中の細実線,破線,一点鎖線のうち最も良好な結果を示している一点鎖線は、最も駆動周波数の低いものであり、すなわち、一回のリッチ期間R1が最も長いものである。このことから、排気管内インジェクター7の連続開弁時間が長く維持されるほどガスミキシングが弱められるとともに炭化水素の部分酸化が促進され、NOx浄化率Eが向上するものと考えられる。 Further, thin solid line in FIG. 8 (c), the broken line, the best results one-dot chain line indicates the out of dashed line are those having the lowest drive frequency, i.e., the most one of the rich period R 1 It's long. From this, it is considered that as the continuous valve opening time of the in-pipe injector 7 is maintained, gas mixing is weakened and partial oxidation of hydrocarbons is promoted, and the NOx purification rate E is improved.

[6.効果]
(1)上記の排気浄化装置では、短周期NOxパージ制御での燃料噴射回数がリッチ期間R1毎に一回とされるため、NOxトラップ触媒9内を一時的に大きくリッチ化して活性還元剤(例えば、部分酸化したHC)の生成を促進することができる。これにより、NOxトラップ触媒9に吸蔵されたNOxや吸着したNOx,触媒表面近傍のNOx等を効率的に還元することができ、目標空燃比を振動させる周期が短周期であってもNOx浄化率Eを向上させることができる。したがって、例えば通常NOxパージ制御のように燃料噴射回数を複数回に分けた場合と比較して、高いNOx浄化率Eを獲得することができる。
[6. effect]
(1) In the exhaust gas purifying apparatus, the fuel injection number in a short period NOx purge control is a once every rich period R 1, temporarily increases enriching the the NOx trap catalyst 9 activity reducing agent The production of (eg, partially oxidized HC) can be promoted. Thereby, NOx occluded in the NOx trap catalyst 9, adsorbed NOx, NOx in the vicinity of the catalyst surface and the like can be efficiently reduced, and the NOx purification rate even if the cycle for vibrating the target air-fuel ratio is short. E can be improved. Therefore, for example, a higher NOx purification rate E can be obtained as compared with a case where the number of fuel injections is divided into a plurality of times as in normal NOx purge control.

また、通常NOxパージ制御では、従来の排気浄化装置のようにNOxトラップ触媒9の吸蔵作用を利用したNOxの浄化を行うことができる。一方、短周期NOxパージ制御では、このような吸蔵作用によるNOx浄化に加えて、あるいは代えて、NOxトラップ触媒9に吸着したNOxを少量単位で浄化することができる。したがって、何れの制御が実施された場合であっても、NOx浄化率Eを向上させることができる。   Further, in the normal NOx purge control, NOx purification using the occlusion action of the NOx trap catalyst 9 can be performed as in a conventional exhaust purification device. On the other hand, in the short cycle NOx purge control, in addition to or instead of the NOx purification by the occlusion action, NOx adsorbed on the NOx trap catalyst 9 can be purified in small units. Therefore, the NOx purification rate E can be improved regardless of which control is performed.

(2)また、図8(b),(c)に示すように、たとえ単位時間あたりの燃料噴射量が同一であっても、高温環境下ではPWM制御よりも単発制御の方がNOx浄化率Eが向上する。このような特性を利用して、上記の排気浄化装置では、NOxトラップ触媒9に流入する排気の排気温度Gが所定温度GTH以上のときに短周期NOxパージ制御を実施している。このように、NOxトラップ触媒9の温度特性を利用した通常NOxパージ制御及び短周期NOxパージ制御の使い分けにより、高水準のNOx浄化率Eを得るために要する燃料量を削減することができ、燃費悪化率を減少させることができる。 (2) Moreover, as shown in FIGS. 8B and 8C, even if the fuel injection amount per unit time is the same, the NOx purification rate is higher in the single control than in the PWM control in a high temperature environment. E improves. Utilizing such characteristics, in the above exhaust purification apparatus, the short-cycle NOx purge control is performed when the exhaust gas temperature G of the exhaust gas flowing into the NOx trap catalyst 9 is equal to or higher than a predetermined temperature GTH . As described above, by properly using the normal NOx purge control and the short cycle NOx purge control using the temperature characteristics of the NOx trap catalyst 9, the amount of fuel required to obtain a high level of NOx purification rate E can be reduced, and the fuel consumption can be reduced. Deterioration rate can be reduced.

(3)また、上記の排気浄化装置では、通常制御において、図3(a),(b)に示すようにデューティー比を調整することでリッチ期間R0の目標空燃比AF2が制御される。これにより、通常制御では空燃比の変動周期を一定としたままで、空燃比を精度よく制御することができる。 (3) Further, in the above exhaust gas purifying device, in the normal control, FIG. 3 (a), the target air-fuel ratio AF 2 rich period R 0 is controlled by adjusting the duty ratio as shown in (b) . Thereby, in the normal control, the air-fuel ratio can be accurately controlled while the air-fuel ratio fluctuation period is kept constant.

一方、短周期NOxパージ制御では、図3(c)に示すように、単発制御で排気管内インジェクター7が開弁される期間を調整することでリッチ期間R1の目標空燃比AF2が制御される。また、排気管内インジェクター7からNOxトラップ触媒9に至る経路上でのガスミキシングが抑制され、一時的に瞬時空燃比がリッチ化する。これにより、燃料中の炭化酸素の部分酸化を促進することができ、活性の高い還元剤成分の排気中濃度を上昇させることができる。したがって、短周期NOxパージ制御時のNOx浄化率Eを向上させることができる。 On the other hand, in the short period NOx purge control, as shown in FIG. 3 (c), the target air-fuel ratio AF 2 rich period R 1 is controlled by adjusting the period during which the exhaust pipe injector 7 by single control is opened The Further, gas mixing on the path from the exhaust pipe injector 7 to the NOx trap catalyst 9 is suppressed, and the instantaneous air-fuel ratio is temporarily enriched. Thereby, partial oxidation of oxygenated carbon in the fuel can be promoted, and the concentration in the exhaust of the highly active reducing agent component can be increased. Therefore, the NOx purification rate E during the short cycle NOx purge control can be improved.

(4)また、上記の排気浄化装置では、短周期NOxパージ制御によってNOxトラップ触媒9でのNOx浄化率Eが低下すると、回復制御が実施される。この回復制御により、NOxトラップ触媒9でNOxを還元しつつNOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eを回復させることができ、高い浄化性能を維持することができる。
特に、上記の排気浄化装置では、NOxトラップ触媒9に流入する排気温度Gが所定温度GTHを超える温度領域にあるときに、短周期NOxパージ制御が実施される。排気温度Gが高温になると、硝酸塩が熱解離,溶融しやすくなり、NOxトラップ触媒9へのNOx吸蔵量が減少する。また、硝酸塩が分解あるいは炭化水素と反応して化合物が生成されやすくなり、NOx吸蔵量はさらに減少する。これにより、NOxトラップ触媒9のNOx吸蔵作用が低下する。
(4) Further, in the above exhaust purification device, recovery control is performed when the NOx purification rate E in the NOx trap catalyst 9 is reduced by the short-cycle NOx purge control. By this recovery control, the NOx purification rate E of the NOx trap catalyst 9 can be recovered while NOx is reduced by the NOx trap catalyst 9, and high purification performance can be maintained.
In particular, in the above exhaust purification apparatus, the short cycle NOx purge control is performed when the exhaust gas temperature G flowing into the NOx trap catalyst 9 is in a temperature region exceeding the predetermined temperature GTH . When the exhaust gas temperature G becomes high, the nitrate is likely to be thermally dissociated and melted, and the amount of NOx stored in the NOx trap catalyst 9 is reduced. In addition, nitrate is decomposed or reacts with hydrocarbons to easily generate compounds, and the NOx storage amount is further reduced. Thereby, the NOx occlusion action of the NOx trap catalyst 9 is lowered.

一方、排気温度Gが高温であっても、NOxトラップ触媒9に対するNOxの吸着作用は微量ながら継続する。したがって、NOxトラップ触媒9でのNOx吸蔵作用が低下するような触媒高温時であっても、NOxトラップ触媒9に吸着したNOxを短周期で浄化することで、良好なNOx浄化率Eを確保することができる。
また、上記の排気浄化装置では、回復制御時の燃料噴射手法がPWM制御であり、すなわち、回復制御時における燃料噴射回数が一回のリッチ期間R2中に複数回となるように排気管内インジェクター7が駆動される。これにより、回復制御中の空燃比の制御精度を高めることができる。
On the other hand, even if the exhaust gas temperature G is high, the NOx adsorption action on the NOx trap catalyst 9 continues with a small amount. Therefore, even when the catalyst is at a high temperature at which the NOx occlusion action of the NOx trap catalyst 9 is reduced, the NOx adsorbed on the NOx trap catalyst 9 is purified in a short period to ensure a good NOx purification rate E. be able to.
Further, in the above exhaust gas purifying device is a fuel injection method for recovery control is PWM control, i.e., the exhaust pipe injector so that the fuel injection number is several times during a single rich period R 2 at the time recovery control 7 is driven. Thereby, the control accuracy of the air-fuel ratio during the recovery control can be improved.

(5)また、上記の排気浄化装置では、回復制御時の平均目標空燃比がストイキ又はリッチに維持される。つまり、短周期NOxパージ制御時よりも平均空燃比がリッチ方向に制御される。これにより、NOxトラップ触媒9に吸蔵されたNOxや吸着したNOx,触媒近傍のNOxに対する還元作用を促進することができる。したがって、NOxを効率的に還元することができ、NOx浄化率Eを迅速に回復させることができる。
また、NOxトラップ触媒9のNOx浄化率Eが迅速に回復することから、短周期NOxパージ制御を再開させることができる。したがって、排気温度Gが長い時間の間、高温であったとしても、恒常的にNOx浄化率Eの高い状態を維持することができる。
(5) Further, in the above exhaust purification apparatus, the average target air-fuel ratio at the time of recovery control is maintained at stoichiometric or rich. That is, the average air-fuel ratio is controlled to be richer than that in the short cycle NOx purge control. Thereby, the reduction action with respect to NOx occluded in the NOx trap catalyst 9, adsorbed NOx, and NOx in the vicinity of the catalyst can be promoted. Therefore, NOx can be efficiently reduced, and the NOx purification rate E can be quickly recovered.
Further, since the NOx purification rate E of the NOx trap catalyst 9 is quickly recovered, the short cycle NOx purge control can be resumed. Therefore, even if the exhaust gas temperature G is high for a long time, the state where the NOx purification rate E is constantly high can be maintained.

(6)また、上記の排気浄化装置では、短周期NOxパージ制御時の平均目標空燃比がリーンに維持されるため、平均燃料噴射量を削減することができ、燃費を向上させることができる。また、短周期NOxパージ制御時の平均目標空燃比を、通常NOxパージ制御時の平均目標空燃比と同一の値に設定した場合には、理論上の燃費を低下させることなくNOx浄化率を高めることができる。   (6) Further, in the above exhaust purification device, the average target air-fuel ratio at the time of the short-cycle NOx purge control is maintained lean, so that the average fuel injection amount can be reduced and the fuel consumption can be improved. In addition, when the average target air-fuel ratio during short-cycle NOx purge control is set to the same value as the average target air-fuel ratio during normal NOx purge control, the NOx purification rate is increased without reducing the theoretical fuel consumption. be able to.

なお、空燃比を実際にリーンからリッチに変化させる際には、空燃比の応答遅れを相殺するための燃料量に相当する無駄燃料が必要となる。このことから、単位時間あたりに空燃比を変化させる回数が増加するほど(空燃比を変化させる周期を短くするほど)無駄燃料が増加し、燃費が若干悪化する。したがって、燃費をより向上させるには、要求されるNOx浄化率Eが確保されている限り通常NOxパージ制御を優先的に実施すればよい。上記の排気浄化装置では、NOx浄化率Eが低下する触媒高温時以外では通常NOxパージ制御が実施されるため、燃費性能を向上させることができる。   When the air-fuel ratio is actually changed from lean to rich, useless fuel corresponding to the fuel amount for canceling the response delay of the air-fuel ratio is required. For this reason, as the number of times of changing the air-fuel ratio per unit time increases (as the cycle for changing the air-fuel ratio is shortened), the waste fuel increases and the fuel consumption slightly deteriorates. Therefore, in order to further improve the fuel efficiency, the normal NOx purge control may be preferentially performed as long as the required NOx purification rate E is ensured. In the exhaust purification apparatus described above, since NOx purge control is normally performed except when the catalyst temperature is high, where the NOx purification rate E decreases, fuel efficiency can be improved.

(7)さらに、上記の排気浄化装置では、回復制御時のリーン期間L2が排気温度Gに応じて設定される。例えば、排気温度Gが高温であるほどリーン期間L2が延長され、排気温度Gが低温であるほどリーン期間L2が短縮される。
これにより、回復制御中におけるNOxトラップ触媒9の過昇温を抑制しながら、NOx浄化率Eを回復させることができる。特に、回復制御では短周期NOxパージ制御時よりも平均目標空燃比がリッチ寄りに制御されるため、排気温度Gが上昇しやすく過昇温が発生しやすい。一方、回復制御中の過昇温が抑制されるため、図7(a)に示すように、排気温度Gが所定温度GTHを超えた状態でほぼ一定に維持することが容易となる。
(7) Further, in the above exhaust purification apparatus, the lean period L 2 during the recovery control is set according to the exhaust gas temperature G. For example, exhaust gas temperature G is lean period L 2 The more at high temperatures is extended, the exhaust gas temperature G is lean period L 2 The more at low temperature is reduced.
Thereby, the NOx purification rate E can be recovered while suppressing the excessive temperature rise of the NOx trap catalyst 9 during the recovery control. Particularly, in the recovery control, the average target air-fuel ratio is controlled to be richer than that in the short-cycle NOx purge control, so that the exhaust temperature G is likely to rise and an excessive temperature rise is likely to occur. On the other hand, since the excessive temperature rise during the recovery control is suppressed, as shown in FIG. 7 (a), it becomes easy to maintain the exhaust gas temperature G substantially constant in a state where it exceeds the predetermined temperature GTH .

(8)また、図5に示すように、NOx濃度に基づいて演算されたNOx浄化率Eを用いて回復制御を実施した場合には、NOxトラップ触媒9でのNOx浄化率Eが低下した状態であることを精度よく把握することができ、回復制御の開始タイミングを適切に制御することができる。また、NOx浄化率Eに基づく制御により、燃料消費量が比較的多い回復制御の実施回数を適正化することができ、燃費の低下を抑制することができる。   (8) Further, as shown in FIG. 5, when the recovery control is performed using the NOx purification rate E calculated based on the NOx concentration, the NOx purification rate E in the NOx trap catalyst 9 is reduced. It can be accurately grasped, and the start timing of the recovery control can be appropriately controlled. Further, the control based on the NOx purification rate E makes it possible to optimize the number of times of recovery control with a relatively large amount of fuel consumption, and to suppress a reduction in fuel consumption.

(9)また、図6に示すように、短周期NOxパージ制御の累積実施時間Aに基づいて判断されたNOx浄化率Eを用いて回復制御を実施した場合には、制御構成を簡素化しつつ、回復制御を開始するタイミングを適切に制御することができる。   (9) Also, as shown in FIG. 6, when the recovery control is performed using the NOx purification rate E determined based on the cumulative execution time A of the short cycle NOx purge control, the control configuration is simplified. The timing for starting the recovery control can be appropriately controlled.

[7.変形例]
上述の実施形態では、排気通路15上に酸化触媒8とNOxトラップ触媒9とを備えたエンジン10を例示したが、上記の通常NOxパージ制御,短周期NOxパージ制御及び回復制御を実施する上では、酸化触媒8を省略することも可能である。少なくとも、排気中のNOxを酸化雰囲気下で吸蔵するとともに還元雰囲気下で還元する機能を持った触媒が排気通路15上に設けられたエンジン10であれば、上記の排気浄化装置を適用することが可能である。なお、排気通路15上にディーゼルパティキュレートフィルターや燃料成分のトラップ触媒等が設けられたエンジン10に対して、上記の排気浄化装置を適用することも可能である。
[7. Modified example]
In the above-described embodiment, the engine 10 including the oxidation catalyst 8 and the NOx trap catalyst 9 on the exhaust passage 15 is exemplified. However, in performing the normal NOx purge control, the short cycle NOx purge control, and the recovery control described above, The oxidation catalyst 8 can be omitted. If the engine 10 is provided on the exhaust passage 15 with a catalyst having a function of storing at least NOx in the exhaust gas in an oxidizing atmosphere and reducing it in a reducing atmosphere, the above exhaust purification device can be applied. Is possible. The exhaust purification device described above can also be applied to the engine 10 in which a diesel particulate filter, a fuel component trap catalyst, and the like are provided on the exhaust passage 15.

また、上述の実施形態では、ディーゼルエンジン10の排気を浄化するシステムを例示したが、上記の排気浄化装置の適用対象となるエンジンの種類はこれに限定されず、例えばガソリンエンジンやリーンバーンエンジン等にも適用することができる。
また、上述の実施形態で説明した具体的な装置構成に関しても、種々変形して実施することが考えられる。例えば、排気温度センサー16やNOxセンサー17を省略し、エンジン10の運転状態に対応する各種パラメーターに基づいて触媒温度Tや排気温度G,NOx濃度,NOx浄化率Eを推定する演算構成としてもよい。あるいは、これらのセンサー類の配設位置を変更してもよい。
Moreover, although the system which purifies the exhaust_gas | exhaustion of the diesel engine 10 was illustrated in the above-mentioned embodiment, the kind of engine used as an application object of said exhaust gas purification apparatus is not limited to this, For example, a gasoline engine, a lean burn engine, etc. It can also be applied to.
Further, the specific apparatus configuration described in the above embodiment can be implemented with various modifications. For example, the exhaust temperature sensor 16 and the NOx sensor 17 may be omitted, and a calculation configuration for estimating the catalyst temperature T, the exhaust temperature G, the NOx concentration, and the NOx purification rate E based on various parameters corresponding to the operating state of the engine 10 may be adopted. . Alternatively, the arrangement positions of these sensors may be changed.

また、排気温度センサー16を用いる代わりに、排気管内インジェクター7の開弁時間や閉弁時間に基づいて排気温度Gを検出する構成としてもよい。すなわち、通常NOxパージ制御時のリッチ期間R0,リーン期間L0,短周期NOxパージ制御時のリッチ期間R1,リーン期間L1,回復制御時のリッチ期間R2,リーン期間L2といった、実際に燃料が供給されている時間や供給されていない時間に基づいて排気温度Gを推定演算するものである。 Further, instead of using the exhaust temperature sensor 16, the exhaust temperature G may be detected based on the valve opening time or valve closing time of the in-pipe injector 7. That is, usually rich period R 0 during NOx purge control, the lean period L 0, the rich period R 1 at control short period NOx purge, a lean period L 1, the rich period R 2 at the time recovery control, such as the lean period L 2, The exhaust gas temperature G is estimated and calculated based on the actual fuel supply time and the non-supply time.

なお、これらの時間に関する情報に加えて、エンジン10の運転状態に関する情報(燃料噴射量,エンジン回転速度,吸気流量,エンジン負荷,外気温,機関温度等)を用いることで、排気温度Gの推定精度がより向上する。
このような演算構成により、排気温度センサー16を省略して装置構成を簡素化することができ、製造コストを削減することができるとともに、例えば排気系に温度センサーを持たない車種に対する適合性を高めることができる。
In addition to the information on these times, information on the operating state of the engine 10 (fuel injection amount, engine rotation speed, intake air flow rate, engine load, outside air temperature, engine temperature, etc.) is used to estimate the exhaust gas temperature G. The accuracy is further improved.
With such a calculation configuration, the exhaust gas temperature sensor 16 can be omitted, the device configuration can be simplified, the manufacturing cost can be reduced, and, for example, the compatibility with a vehicle type that does not have a temperature sensor in the exhaust system is improved. be able to.

また、上述の実施形態では、回復制御時の燃料噴射手法がPWM制御となっているが、これに代えて単発制御を実施してもよい。つまり、回復制御時の開弁回数をリッチ期間毎に一回としてもよい。このような制御により、回復制御時においても排気中の炭化水素の部分酸化を促進することができ、NOx浄化率Eをより迅速に回復させることができる。   Further, in the above-described embodiment, the fuel injection method at the time of recovery control is PWM control, but instead of this, single control may be performed. That is, the number of valve openings during the recovery control may be set once for each rich period. By such control, partial oxidation of hydrocarbons in the exhaust can be promoted even during recovery control, and the NOx purification rate E can be recovered more rapidly.

また、上述の実施形態では、図5,図6に示すように、二通りの手法を用いて回復制御の実施条件を判定するものを例示したが、これらの手法を組み合わせて実施することも可能である。例えば、エンジン10の運転条件に応じてこれらの手法を切り換えて実施する制御構成としてもよいし、排気温度GやNOx浄化率Eの値に応じて何れか一方の手法を選択する制御構成としてもよい。あるいは、これらの二つの手法を併用し、両者の判定結果が一致した制御を実施する制御構成としてもよい。この場合、両者の判定結果が不一致の場合に何れか一方の判定結果を優先するような制御構成とすれば、矛盾なく両手法を共存させることができる。   Further, in the above-described embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the example of determining the execution condition of the recovery control using two methods is illustrated, but it is also possible to combine these methods. It is. For example, a control configuration in which these methods are switched according to the operating conditions of the engine 10 may be adopted, or a control configuration in which one of the methods is selected according to the exhaust temperature G or the NOx purification rate E may be employed. Good. Or it is good also as a control structure which implements control which used these two methods together, and both determination results corresponded. In this case, both methods can coexist without contradiction if the control configuration is such that when either of the determination results does not match, priority is given to one of the determination results.

また、上述の実施形態では、NOxトラップ触媒9の排気温度Gが所定温度GTHを超える温度領域(すなわち、NOx吸蔵率が所定率未満となる温度領域)で短周期NOxパージを実施するものを例示したが、短周期NOxパージ制御の実施条件はこれに限定されない。すなわち、NOx吸蔵率が低下していない温度領域においても、短周期NOxパージ制御によるNOxの浄化が可能である。ただし、NOxトラップ触媒9のNOx吸蔵作用が十分に期待できる温度領域では、前述の通り、通常NOxパージ制御の方が短周期NOxパージ制御よりも燃費の面で有利である。 Further, in the above-described embodiment, the short-cycle NOx purge is performed in a temperature region where the exhaust temperature G of the NOx trap catalyst 9 exceeds the predetermined temperature GTH (that is, a temperature region where the NOx occlusion rate is less than the predetermined rate). Although illustrated, the implementation condition of the short cycle NOx purge control is not limited to this. That is, even in a temperature range where the NOx occlusion rate is not lowered, the NOx purification by the short cycle NOx purge control is possible. However, in the temperature range where the NOx occlusion action of the NOx trap catalyst 9 can be sufficiently expected, as described above, the normal NOx purge control is more advantageous in terms of fuel economy than the short-cycle NOx purge control.

また、上述の実施形態では、排気温度Gに応じて回復制御時のリーン期間L2を設定するものを例示したが、排気温度Gの代わりに触媒温度Tやこれに相関するエンジン10の各種パラメーターを用いて回復制御時のリーン期間L2を設定してもよい。少なくとも、触媒温度T,排気温度Gが上昇しやすい運転状態でのリーン期間L2を延長することで、NOxトラップ触媒9の過昇温を抑制することができる。 In the above-described embodiment, the lean period L 2 at the time of recovery control is set according to the exhaust gas temperature G. However, instead of the exhaust gas temperature G, the catalyst temperature T and various parameters of the engine 10 related to the catalyst temperature T are exemplified. it may be set lean period L 2 at the time recovery control used. At least, by extending the catalyst temperature T, the lean period L 2 in the operating condition where the exhaust gas temperature G is likely to increase, it is possible to suppress the excessive temperature rise of the NOx trap catalyst 9.

同様に、短周期NOxパージ制御や回復制御の実施条件の一つである排気温度Gに代えて、触媒温度Tやこれに相関するエンジン10の各種パラメーターを用いてもよい。これらのパラメーターを用いた場合であっても、NOxトラップ触媒9でのNOx浄化率が低下した状態を精度よく把握することができ、短周期NOxパージ制御の間に回復制御の実施時間を挿入してNOx浄化率を回復させることができる。   Similarly, instead of the exhaust temperature G, which is one of the conditions for performing the short-cycle NOx purge control and the recovery control, the catalyst temperature T and various parameters of the engine 10 correlated therewith may be used. Even when these parameters are used, it is possible to accurately grasp the state in which the NOx purification rate of the NOx trap catalyst 9 has decreased, and the recovery control execution time is inserted between the short cycle NOx purge control. NOx purification rate can be recovered.

1 制御装置
2 触媒温度演算部
3 浄化率演算部
4 通常制御部(通常制御手段)
5 短周期制御部(短周期制御手段)
6 回復制御部(回復制御手段)
7 排気管内インジェクター(噴射弁)
9 NOxトラップ触媒(触媒)
10 エンジン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control apparatus 2 Catalyst temperature calculating part 3 Purification rate calculating part 4 Normal control part (normal control means)
5 Short cycle control unit (short cycle control means)
6 Recovery control unit (recovery control means)
7 Exhaust pipe injector (injection valve)
9 NOx trap catalyst (catalyst)
10 engine

Claims (7)

エンジンの排気通路に設けられ、排気中の窒素酸化物を酸化雰囲気下で吸蔵するとともに還元雰囲気下で還元する触媒と、
前記触媒よりも上流側の前記排気通路に設けられ、前記窒素酸化物の還元剤を供給する噴射弁と、
空燃比を第1のリッチ期間及び第1のリーン期間に周期的に変化させるとともに、前記第1のリッチ期間において前記噴射弁の開閉を複数回にわたり繰り返して前記還元剤を噴射する通常制御を実施する通常制御手段と、
前記通常制御よりも短周期で前記空燃比を第2のリッチ期間及び第2のリーン期間に周期的に変化させるとともに、前記第2のリッチ期間と前記噴射弁の開弁期間とが同一となるように短周期制御を実施する短周期制御手段と
を備えたことを特徴とする、排気浄化装置。
A catalyst provided in the exhaust passage of the engine for storing nitrogen oxide in the exhaust in an oxidizing atmosphere and reducing it in a reducing atmosphere;
An injection valve provided in the exhaust passage upstream of the catalyst and supplying the nitrogen oxide reducing agent;
The air-fuel ratio with periodically changing the first rich period and the first lean period, the normal control for injecting the reducing agent is repeated multiple times opening and closing of Oite the injection valve to the first rich period Normal control means to implement,
The air-fuel ratio is periodically changed to the second rich period and the second lean period in a shorter cycle than the normal control, and the second rich period and the valve opening period of the injection valve are the same. As described above, an exhaust emission control device comprising short cycle control means for performing short cycle control.
前記通常制御手段は、前記触媒に流入する排気温度が所定温度未満のときに前記通常制御を実施し、
前記短周期制御手段は、前記排気温度が前記所定温度以上のときに前記短周期制御を実施する
ことを特徴とする、請求項1記載の排気浄化装置。
The normal control means performs the normal control when the exhaust temperature flowing into the catalyst is lower than a predetermined temperature,
The exhaust purification apparatus according to claim 1, wherein the short cycle control means performs the short cycle control when the exhaust temperature is equal to or higher than the predetermined temperature.
前記通常制御手段及び前記短周期制御手段が、前記噴射弁の開弁時間又は閉弁時間に基づいて前記排気温度を推定する
ことを特徴とする、請求項2記載の排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 2, wherein the normal control means and the short cycle control means estimate the exhaust temperature based on a valve opening time or a valve closing time of the injection valve.
前記通常制御の際は、前記第1のリッチ期間において前記燃料噴射弁の開弁期間と閉弁期間との比によって前記噴射弁を制御し、
前記短周期制御の際は、前記第2のリッチ期間において前記燃料噴射弁の開弁期間で前記噴射弁を制御する
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の排気浄化装置。
During the normal control, the injection valve is controlled by a ratio of a valve opening period and a valve closing period of the fuel injection valve in the first rich period,
The injection valve according to any one of claims 1 to 3 , wherein during the short cycle control, the injection valve is controlled during the valve opening period of the fuel injection valve in the second rich period. Exhaust gas purification device described in 1.
前記短周期制御による前記窒素酸化物の浄化率が所定浄化率未満であるときに、前記短周期制御よりもリッチ期間を延長して前記空燃比を周期的に変化させるとともに、リッチ期間における前記噴射弁からの噴射回数が複数回にわたる回復制御を実施する回復制御手段を備えた
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の排気浄化装置。
When the purification rate of the nitrogen oxides by the short cycle control is less than a predetermined purification rate, the rich period is extended longer than the short cycle control to periodically change the air-fuel ratio, and the injection in the rich period The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 4, further comprising recovery control means for performing recovery control in which the number of injections from the valve is multiple.
前記回復制御手段が、前記回復制御中の平均空燃比をストイキ又はリッチに維持する
ことを特徴とする、請求項5記載の排気浄化装置。
6. The exhaust emission control device according to claim 5, wherein the recovery control means maintains the average air-fuel ratio during the recovery control at stoichiometric or rich.
前記通常制御手段及び前記短周期制御手段が、前記通常制御中及び前記短周期制御中の平均空燃比をリーンに維持する
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の排気浄化装置。
The said normal control means and the said short cycle control means maintain the average air fuel ratio in the said normal control and the said short cycle control in the lean, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. Exhaust purification device.
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